水中颗粒孔洞流的最大休止倾角和流量公式

实验测量了完全浸泡在水中的玻璃珠颗粒样品在重力驱动下通过不同倾角和孔径的圆形孔洞的流量.发现与空气中的情形类似,不同孔径时的流量均与倾角余弦呈良好的线性关系;线性外推得到的零流量角,即流量休止临界角,随颗粒粒径与孔洞直径之比d/D的减小而线性增加;在无穷大孔径极限下,此临界角在实验误差范围内与样品的休止角一致.此外,所有测量都可用Beverloo公式Q=C₀ρg^1/2(D-kd)^5/2很好地拟合;其中参数C₀和k仅与倾角余弦有关,分别呈线性和平方反比关系.与文献报道的空气孔洞流测量结果对比,发现差别主要来自浮力和流体拖曳力对参数C₀的影响.这些结果表明用倾斜孔洞流测量颗粒材料休止角的方法和Beverloo公式具有一定的普适性.无论颗粒间隙中填充的是水还是空气,孔洞流的行为在定性上是一样的.     

倾斜沙漏流与颗粒休止角研究

本文发现在测量误差内颗粒物质的下列三个临界角度相等: 1)从直径为D的倾斜孔洞流出的Beverloo颗粒流的流量开始停止的临界倾角θ_c 向大孔径极限线性外推θ_c∞≡θ_c(D→∞) 的补角θ_s∞= 180°-θ_c∞;2) 从靠近堆顶的点源向光滑底板缓慢下落颗粒形成的圆锥形堆的休止角θ_r; 3) 直接剪切矩形颗粒固体测得的库仑内摩擦角φ. 该结果倾向支持倾斜孔洞和颗粒堆自由表面的固-液转变与颗粒固体内部的库仑屈服均来自材料的同一临界性质. 由于三种情况样品的内部应力和变形等都是目前还远不能定量分析的复杂非均匀分布, 我们仅从定性角度对此给出一些讨论.     

通道宽度和初始流量对颗粒稀疏流-密集流转变临界开口的影响

通过实验研究斜面上二维颗粒流,当出口尺寸减小到临界值Dc时,发生稀疏流到密集流的突变.发现临界尺寸Dc与初始流量和通道宽度有关,通道宽度一定的情况下,临界开口尺寸Dc近似随初始流量Q0的平方根增大.在初始流量Q0一定时,临界开口尺寸Dc随通道宽度W近似线性增大.给出了这些关系的表达式,理论计算与实验观测结果一致.同时,也讨论了通道宽度影响临界开口尺寸的原因.关键词：颗粒物质颗粒流     

边界条件对二维斜面颗粒流颗粒分布的影响

实验研究了粗糙边界条件、不同通道宽度以及不同斜面倾斜角下二维颗粒流的颗粒分布 ,发现颗粒流在稀疏流状态下尽管在现象上表现出类似流体的性质,但由于颗粒流系统的能 量耗散,所以颗粒流的速度和密度分布和牛顿流体完全不同,颗粒流在通道中的分布既受通 道宽度的影响同时也受重力场的影响,颗粒在通道中以通道中轴线呈对称分布,通道两侧的 颗粒密度明显高于通道中间,由于通道中颗粒受剪切力的作用,导致颗粒在通道中的密度分 布的变化,通道边界粗糙度明显影响着颗粒流横向分布. 关键词：二维颗粒流颗粒物质稀疏流     

开口角度对二维颗粒流稀疏流-密集流转变的影响

用计算机模拟的方法研究了开口角度对二维颗粒流稀疏流—密集流转变的影响.在固定入口流量和固定颗粒数两种条件下,均发现当开口角度大于零时,开口角度的增大可以提高颗粒流由稀疏流向密集流转变的最大出口流量.在稀疏流状态下,出口流量与开口角度无关;而在密集流状态下,出口流量随开口角度的增大而增大.进一步的计算还发现增加开口角度可以提高颗粒流出开口的流动速度,且最大出口流量与颗粒的流动速度呈线性关系.关键词：颗粒物质颗粒流分子动力学模拟     

瓶颈开口角对二维颗粒流的影响

实验研究了平面传送带上颗粒流的特性,主要包括传送带出口处开口宽度以及瓶颈开口角度对颗粒流的影响.实验结果发现,改变瓶颈开口角度θ,当θ大于15°时,颗粒流量Q随着cosθ呈线性变化.同时,颗粒流量Q与传送带速度v以及开口大小R也密切相关,而在θ小于15°时,颗粒流量Q基本不随开口角度变化.     

二维颗粒流通道宽度效应的分子动力学模拟

通过用分子动力学方法对颗粒物质流的计算机模拟,研究发现增大通道宽度可以使二维颗粒流从稀疏流转变为密集流状态.通过对不同通道宽度下,固定开口为9.5d的颗粒流和 漏斗口以上9.5d×8d区域记录的模拟结果分析,发现随通道宽度增大,密度变大、温 度降低.当“颗粒温度”T较低时(T/m<0.05 J/kg),颗粒流内部接触数开始超过1.2 ,同时出现较为牢固的横向链状颗粒团簇,是造成流量突变以及密集流的原因.关键词：颗粒物质颗粒流计算机模拟     

二维斜面粗糙边界附近颗粒流量密度分布

以往的实验研究中,已经知道粗糙边界条件下,二维颗粒流的颗粒流量是以通道中心横向对称分布的,颗粒流横向分布既受通道宽度的影响,同时也受通道斜面倾斜角的影响,而且颗粒在通道两侧的分布明显少于通道中间. 主要研究粗糙边界附近颗粒分布随通道宽度以及通道斜面倾斜角的变化规律. 在稀疏流状态以及保持边界墙体的粗糙度不变的条件下,对应不同通道宽度,粗糙边界附近10d范围内的颗粒流量密度(ξ=ρv)随斜面倾斜角的增大而减小,颗粒流量密度随通道宽度的变化存在一临界宽度Wc;在通道宽度小于Wc时,粗糙墙体附近10d范围内颗粒流量密度ξ随sinθ呈指数衰减,通道宽度大于Wc时,颗粒流量密度ξ_sinθ曲线随θ增大几乎呈线性减小.关键词：二维颗粒流颗粒物质颗粒流量密度     

通道宽度对二维粗糙边界斜面颗粒流的影响

在此之前已经报道了二维斜面颗粒流在通道中的分布规律以及二维斜面粗糙边界附近的颗粒 流量密度（ξ=ρ·ν）分布.本文则主要研究通道宽度W对边界附近颗粒流量密度(ξ=ρ· ν)分布的影响.结果表明,颗粒流量密度随通道宽度的变化（ξ W）存在一临界通道宽度W c.在本实验条件下临界通道宽度Wc=70d.当通道宽度小于临界宽度Wc时 ,通道中距边界20d—30d区间内的相对颗粒流量密度随斜面倾斜角的变化可描述为ξ∝( sinθ)α,α是与通道宽度W有关的参数,其数值在032至085之间.关键词：二维颗粒流颗粒物质颗粒流量密度     

二维颗粒流从稀疏态到密集态的临界转变

研究了斜槽中的二维颗粒流由稀疏到密集转变的临界现象.在二维颗粒槽的入口流量Q₀和出口尺寸d固定的条件下,记录并统计了稀疏流转变为密集流所经历的时间.研究发现,在统计时间内转变不发生的概率C(t)随时间指数衰减,其衰减的特征时间尺度α^-1(d)可以很好地由幂律函数a(d_c-d)^-γ来拟合,其中d_c为临界开口尺寸.此临界尺寸的存在确定了稀疏流到密集流转变的临界现象.关键词：颗粒物质颗粒流非平衡态相变几何相变