竖直振动颗粒床中的倍周期运动

实验研究了竖直振动颗粒床中颗粒对容器底部的压力随振动强度的变化情况.发现压力随振动加速度的增加经历倍周期分岔，典型的分岔序列为：2P，4P，混沌，3P，6P，混沌，4P，8P，混沌.观察表明，伴随倍周期分岔现象，在颗粒床底部出现颗粒的聚集态.聚集态内颗粒密堆积在一起并作整体的上下运动.采用完全非弹性蹦球模型分析了颗粒对容器底的冲击力，并给出了倍周期分岔现象的一种解释. 关键词： 颗粒物质 混沌 倍周期分岔 非弹性碰撞     

振动颗粒物质中倍周期运动对尺寸分离的影响

实验研究了竖直振动颗粒床中,倍周期运动对尺寸分离的影响.实验中,当振动加速度足够大时,系统中出现稳定的对称对流,进一步增大振动加速度到某个临界值时,还会出现倍周期运动.观察表明,背景颗粒的对流运动对分离过程起主导作用,对流速度决定着分离过程的快慢,而在2倍周期和4倍周期分岔之后,分离时间有所减慢.对引起对流运动的起因进行了分析,以此为基础分析了倍周期运动产生影响的物理机理,并对分离时间进行了定量计算,结果与实验值符合很好. 关键词： 颗粒物质 “巴西果”效应 倍周期分岔 对流     

竖直振动颗粒物厚层中冲击力分岔现象

实验研究了竖直振动颗粒物厚层中颗粒对容器底部的压力. 发现这种压力是脉冲式的，并表现出受振动加速度控制的倍周期分岔现象. 在颗粒层底部观察到颗粒密堆积在一起的聚集态. 聚集态内颗粒的自由程较小，并像一个整体一样运动. 关键词： 颗粒物质 混沌 倍周期分岔 非弹性碰撞     

完全非弹性蹦球的动力学行为

对振动台面上的完全非弹性球的蹦跳行为进行了初步分析.受约化振动加速度的控制，球的运动可以表现出一系列倍周期分岔过程.对几种典型的倍周期运动及分岔情况进行了讨论. 关键词： 蹦球 倍周期分岔 混沌 颗粒物质     

器壁滑动摩擦力对受振颗粒体系中冲击力倍周期分岔过程的影响

颗粒物质由离散的固体颗粒组成, 受到周期性振动时可以表现出复杂的动力学行为. 这些行为往往受众多因素的影响, 如空气阻力和器壁摩擦力等. 针对受振颗粒体系中冲击力的倍周期分岔现象, 通过抽真空或将容器底镂空消除空气阻力, 单独研究器壁滑动摩擦力的影响. 结果表明在仅有器壁摩擦力作用的情况下, 倍周期分岔过程仅受约化振动加速度的控制, 与颗粒的尺寸、颗粒层数及振动频率无关. 将器壁摩擦力处理成一个大小恒定、方向与颗粒和器壁相对速度反向的阻力, 并包含到完全非弹性蹦球模型中, 能够对所观察到的现象给出很好的解释. 通过对倍周期分岔点测量平均值的拟合, 得到器壁滑动摩擦力的大小约为颗粒总重量的10%. 关键词： 颗粒物质 器壁摩擦力 倍周期分岔 冲击力     

完全非弹性蹦球倍周期运动的分形特征

一个落在振动台面上的完全非弹性球的运动是倍周期的.倍周期分岔过程受约化振动加速度的控制,倍周期分岔图由疏密相间的区域构成.在密集区内,倍周期分岔过程敏感地依赖于控制参数,呈现出复杂的几何结构.分析了密集区的分形特性,并计算了各密集区的分维数.结果表明密集区的分维数是依次增大的,逐渐趋于一个约为1.8的常数. 关键词： 蹦球 倍周期分岔 分形 颗粒物质     

受振颗粒“毛细”系统中的对流与有序化

将球形颗粒倒入内径较窄的管状容器时,管壁的曲率会对颗粒的堆积结构产生影响,存在壁效应. 实验表明通过连续的竖直方向的振动,壁效应可以被强化,颗粒可以经由对流由无序排列转变为稳定的同轴筒形“壳层”结构. 每一壳层内,颗粒是二维的六角密堆积, 在这一转变过程中,颗粒堆积率的径向分布由初始的衰减振荡转变为等幅振荡. 分析了堆积率的不均匀性及空气在对流中的作用,以及形成“壳层”结构的动力学过程,对“壳层”结构的稳定性亦进行了讨论. 关键词： 颗粒物质 对流 有序化 毛细     

振动颗粒物质“巴西果”分离效应实验和理论研究

本文通过实验和理论研究了影响"巴西果"分离的因素及其物理机理. 分析了振动加速度、大小颗粒尺寸和密度对分离时间的影响, 并利用流体模型对分离时间作估算, 对实验结果进行定性解释. 结果表明在振动频率固定时, 调节振动加速度是控制"巴西果"分离的一个主要手段. 振动加速度存在一个临界值, 当高于此临界值时, "巴西果"分离的主要物理机理由对流机理转变为几何填空机理, 且振动加速度对分离影响变小, 大颗粒尺寸对分离的影响增大. 可通过调节大颗粒的尺寸来改变分离效果. 当大、 小颗粒密度比为1时, 仍会出现"巴西果"分离现象. 增大小颗粒尺寸或密度可以促进"巴西果"分离.     

竖直振动激励下的准二维容器中颗粒物质的对流运动

通过实验测量了准二维容器中颗粒物质对流运动的轨迹、流动区域、速率分布及周长和周期.实验结果表明:与流体的一般流动不同,准二维容器中颗粒物质的对流即使在流速不大的情况下也是非稳定流动.分析了影响对流非稳定性的因素,引入q因子,通过流量守恒定律半定量地确定了各因素对流动非稳定性的影响程度.     

摩擦力对非弹性蹦球倍周期运动的影响

分析了摩擦力对竖直振动台面上完全非弹性蹦球动力学行为的影响.当控制参数Γ由1逐渐增大时,作用在蹦球上的恒定摩擦力不会改变倍周期分岔的序列,但会使倍周期分岔点的数值变大.与无摩擦力时的情况相比,在飞行时间的分岔图中也存在倍周期分岔密集区,只是被横向拉伸纵向压缩,且具有不同的分形特性.与受振颗粒体系中的倍周期分岔过程做了比较,发现当摩擦力取值为颗粒总重量的20%—30%时两者符合很好.     

A molecular dynamics simulation of segregation behaviours of horizontally vibrated binary granular mixture

This paper performs the two-dimensional, soft-sphere molecular dynamics simulations to study the granular segregation in a binary granular mixture with the same size but different density in the container with the sawtooth base under horizontal vibration. The segregation phase diagram is presented in the acceleration-frequency space. When the acceleration is high enough to result in relative motions of the particles, the system can be in various states (mixed state, vertical and horizontal segregation state), which depend on both acceleration and frequency. Due to the sawtooth base there is stratified flow effect besides density effect. The density effect raises the light particles. The stratified flow drives the particles in the upper levels to the right and the particles in the lower particles to the left, those fact results in the appearance of the left segregation state. The left segregation state can be changed to the right segregation by changing the shape of the sawtooth. As the vibration frequency increases, the stratified flow effect becomes weaker and weaker, so at high vibration frequencies the vertical segregation state appears instead of the left segregation state.     

The rotation-reptation transition under broken rotational symmetry

In a swirled circular container, granular particles can change their sense of rotation when the packing density is increased, exhibiting a transition from rotational to reptational motion. In addition, here we report a ‘snake mode’ that arises at a lower packing density, where particles form a chain like cluster that rotates with the same frequency as the container. We investigate experimentally transitions between these three modes under the influence of geometrical distortions which break the rotational symmetry of the container. The driving mechanism for the rotational motion of the clusters is also discussed.     

垂直振动颗粒混合气体的振荡现象研究

运用事件驱动算法研究颗粒混合物在垂直振动容器中的振荡现象.容器被具有一定高度的隔板分成相等大小的两个小室,并采用半径相差一倍的两种颗粒.研究结果表明,颗粒振荡周期随两种颗粒密度比的减少而急剧增加.通过计算在垂直方向上两种颗粒高度之比随颗粒密度的变化关系,说明决定颗粒振荡与否的主要因素并不是"巴西坚果效应"或"反巴西坚果效应".通过计算颗粒温度,发现颗粒振荡取决于颗粒混合气体的小颗粒温度.当小颗粒温度大于一定值时,颗粒混合气体发生颗粒振荡现象.根据Viridi等提出的流体动力学模型,文中对该模型做出相应的修改,加入密度因子,从而可以解释颗粒振荡周期与颗粒密度比的关系.     

振动颗粒混合物中的三明治式分离

在竖直振动两种颗粒的混合物的实验中，观察到了一种新的分离现象——“三明治”式分离，即大而重的颗粒被夹在两层小的轻颗粒之间.这不同于“巴西果”效应导致的大而重的颗粒在上的两层有序结构.实验表明当振动加速度大于某个临界值时这种三层有序将取代两层结构，而且是稳定的.实验中观察到导致“三明治”式分离的两种不同的分离过程.对这两种过程的物理机理及其与振动加速度、振动频率及颗粒尺寸等因素的关系做了研究，并给出了相图. 关键词： 颗粒物质 振动 有序结构 三明治式分离 巴西果效应     

Granular Leidenfrost effect in vibrated beds with bumpy surfaces

The effects of subjecting a bed of granular materials to horizontal vibrations by a bumpy oscillating surface have been investigated computationally in this study. The behaviour of the granular bed is determined by the vibration conditions applied which include the vibrating frequency and amplitude as well as the bumpiness of the oscillating surface. Under sufficiently vigorous vibration conditions, the granular Leidenfrost effect whereby the entire granular bed is levitated above the vibrating base by a layer of highly energetic particles may be observed. Granular temperature profiles of systems that exhibit the granular Leidenfrost effect indicate an unequal distribution of energy between particles near the vibrating base and those in the bulk. A bumpy oscillating surface was also observed to be more effective at introducing perturbations and transferring energy into a granular bed. The granular Leidenfrost effect can be induced by the application of larger grain sizes of particles constituting the bumpy vibrating base under vibration conditions that are normally insufficient for the onset of the effect. Lastly, a phase diagram which can be utilized for predicting the behaviours of granular beds that are subjected to oscillations by various types of bumpy surfaces has been constructed based on the simulation results obtained.