垂直振动激发下颗粒物质的能量耗散

本文对垂直振动激发下的铜和玻璃珠两种密集颗粒样品,通过实时测量样品盒的加速度和振台对它的作用力,研究了样品的平均耗散功率.实验发现该耗散功率在给定振动强度下随振动频率的变化曲线是一个峰值在几十赫兹的宽峰结构,在给定频率下随强度的变化具有幂率规律,其幂值小于简谐受迫振动模型的幂值2.这些结果将有助于研究测定颗粒流体和气体的迁移系数,以及它们在不同运动模式下的能耗差异.     

分仓颗粒布居分聚现象的通量模型

置于以窗口连接的分隔仓中振动驱动的颗粒气体会出现颗粒在两仓中布居分聚现象,被形象地称为麦克斯韦妖现象.通量模型的建立是理解麦克斯韦妖现象的关键问题.Eggers以颗粒气体动力学为基础得出了简化的理论模型.该模型可以很好地得到分仓中颗粒的布居分聚现象,然而似乎无法用于预测两种颗粒在分仓体系中的布居振荡现象.通过实验研究,测量了颗粒气体的流通量曲线,改进了Eggers模型.改进的模型可以很好地得到两种颗粒在分仓体系中的布居振荡现象. 关键词： 颗粒气体 耗散 通量模型     

垂直振动激励下颗粒材料有效质量和耗散功率的研究

研究了垂直振动激发下钨颗粒的动态有效质量(ω) 和耗散功率p(ω)随频率ω 的依赖关系. 实验发现, 在给定的振动幅度下, 自由表面样品有效质量的实数部分M₁ (ω) 、虚数部分M₂ (ω) 以及耗散功率p(ω)随频率的变化曲线均出现一个尖锐的共振峰. 随着在颗粒上表面施加压强的增大, M₁ (ω), M₂ (ω) 和耗散功率p(ω)曲线的峰值频率向高频移动, 且峰值高度也相应增大. 进一步研究发现, 有效质量实数部分的共振频率f_g 随表面压强P的变化满足分段幂律规律, 当P较小时, 幂指数为0.3, 当P较大时, 幂指数减小为1/6. 颗粒系统的品质因子的倒数1/Q随压强P的变化满足指数衰减规律.     

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     

二维颗粒气体在堆积过程中的能量耗散

通过高速摄像的方法观测了玻璃颗粒组成的准二维气态颗粒流的冷凝耗散过程,并和理想情况下的均匀耗散的颗粒流体理论作了比较,实验发现气态颗粒部分在耗散堆积过程中近似地满足高斯分布;从动能的结果来看,实际耗散过程和流体理论所预测的不同.实验发现冷凝分为两个阶段：当动能的贡献以气体颗粒为主时,发现颗粒以恒定的速度堆积,动能耗散主要由其中以气态分布的颗粒的沉积速率α,颗粒温度T和气态部分的平动速度ν_g决定;当气态颗粒数目趋向于0,能量耗散主要来自于密堆颗粒的表面层部分 关键词： 离散体系 耗散性     

振动条件下颗粒的分离现象

介绍并分析比较了竖直振动条件下巴西坚果效应与反巴西坚果效应形成的机制和转化条件,以及水平振动下颗粒的分离现象,提出一些意见和建议.     

颗粒物质内部滑动摩擦力的非线性振动现象

实验研究了探测棒竖直穿过圆筒中颗粒物质运动时所受的滑动摩擦阻力.研究发现，厚度为容器直径的0.5到2倍之间，粒径为2 mm的颗粒堆，对探测棒的滑动摩擦力在一个平均水平上随时间作非线性振动.当探测棒以小于2×10^-3 m/s的匀速率上升时，滑动摩擦力平均水平超过初始最大静摩擦力F₀的0.2到0.5倍，变化范围可从F₀到2F₀.频率低于1.35 Hz时，各种频率成分的强度随频率增加按幂函数方式衰减，其主要部分的平均周期T与探测棒运动速率v成反比关系. 关键词： 颗粒物质 滑动摩擦力 非线性振动     

旋转肥皂泡热对流能量耗散与边界层特性的数值模拟

将底部加热的半个肥皂泡作为一个新的热对流模型,结合了肥皂泡固有的球面与准二维特征,由此有助于理解行星大气流动中的复杂物理机制与热对流特性.本文使用直接数值模拟方法计算了旋转肥皂泡上的湍流热对流,研究了肥皂泡上的温度与黏性边界层以及拟热能和动能耗散规律.结合肥皂泡上温度场与速度场特征,分别根据温度脉动均方根最大值以及速度脉动边界处斜率延长线与最大值交点提出了肥皂泡上温度与黏性边界层的识别方法.研究发现,当肥皂泡从边界吸收能量时,拟热能耗散与动能耗散均集中在边界层中,肥皂泡上的温度边界层与黏性边界层厚度与瑞利数Ra存在明确的标度关系.相比经典Rayleigh-Bénrad对流(RB对流)模型,温度标度指数具有较为接近的结果,但速度标度指数存在一定的差异.此外,在混合区,均方根温度(T^*)随纬度(θ)具有近似T^*～θ^0.5的标度关系,这与RB对流模型及其相应的理论预测一致.最后通过能量平衡方程发现,肥皂泡上拟热能内耗散率ε0/T和动能内耗散率ε0/u比拟热能外耗散率ε1/T和动能外耗散率ε1/u大1个量级,拟热能与动能的内部耗...     

有限体系能量耗散运动的功率谱分析

研究了有限的多自由度耦合哈密顿系统能量耗散过程的动力学问题. 通过数值模拟，实现有关自由度的能量耗散过程，采用功率谱方法研究有关系统运动中的坐标q(t)或动量p(t)的演化过程. 结果发现：在有关系统的能量耗散过程中，有关自由度运动的频率成分向高频和低频方向都有明显展宽，随着无关系统自由度增多，展宽明显增加；低频成分比较稳定，高频成分随着时间的演变逐渐减少. 关键词： 有限系统 能量耗散 有关自由度 功率谱     

欧拉圆盘不同能量耗散机理之间的关联

本文研究了欧拉圆盘运动过程中盘厚度以及盘面与水平面夹角α两因素对能量耗散的影响. 得出圆盘厚度与直径之比x对能量变化中各项因子的影响: x很小时, 质心在竖直方向上的动能变化和重力势能变化是系统能量耗散的主要因素; 当x>0.4142时, 圆盘绕与之平行的轴的转动动能变化成为主要因素, 并给出圆盘厚度可忽略的条件. 模拟了滚动摩擦、空气黏滞等不同能量耗散方式与x,α的关系, 导出各种耗散方式在圆盘运动的过程中的转变规律, 并指出x=0.1733, α>18°时能量耗散形式为纯滚动摩擦, 这修正了文献[26]结论.     

垂直振动作用下二元混合颗粒分层的动态循环反转

在对垂直振动下的铜颗粒和氧化铝颗粒混合物的研究中,除了观测到巴西果分层和混合分层外,还发现了一种新的随时间周期变化的分离形态. 此分离形态可随着时间的演化,在巴西果、反巴西果和三明治这几种分层构型之间进行动态的循环反转. 给出了这种反转态出现的相区,并且观测了其动态转变的规律. 根据碰撞、磨擦及空气的耗散作用所产生的耗散结构对循环反转态的出现给出了定性的解释,并通过实验证实这种分层构型与空气的存在有密切的关系. 关键词： 颗粒物质 巴西果效应 相分离     

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.     

准二维二元混合颗粒动态循环反转分层的体积效应

对垂直振动作用下准二维二元混合颗粒系统的动态循环反转分层现象进行了系统研究,得到了频率与加速度的关系相图,并观测到分层的动态循环反转区域. 发现动态循环的反转周期与颗粒总体积的变化有单调递增关系. 利用Hong的竞争机制理论对动态循环反转的现象及其体积效应的机理给出了解释. 关键词： 颗粒 分层 周期     

颗粒密度对旋转筒内二元颗粒体系分离的影响

用分子动力学的方法研究了颗粒密度对旋转筒内二元颗粒体系混合与分离的影响. 当增大粒度较小的颗粒密度时, 颗粒体系表现为巴西果效应, 而增加粒度较大的颗粒密度时, 分离状态则会发生反转, 表现为反巴西果效应. 进一步的研究发现二元颗粒体系的分离指数与颗粒的密度比之间存在定量的关系, 并利用Hong的渗流与凝聚竞争机理理论对密度分离状态的反转现象给予了理论解释.     

Directed segregation in compartmentalized bi-disperse granular gas

A bi-disperse granular gas in an asymmetrical two-compartment system is studied experimentally. The presence of asymmetry within the range of our experimental parameters results in a directed segregated state and a directed clustering state. This deterministic system does not depend on the initial conditions. A modified flux model based on Lohse's flux model for bi-disperse granular gases is derived. The modified flux model explains qualitatively the experimental results.     

Directed segregation in compartmentalized bi-disperse granular gas

A bi-disperse granular gas in an asymmetrical two-compartment system is studied experimentally.The presence of asymmetry within the range of our experimental parameters results in a directed segregated state and a directed clustering state.This deterministic system does not depend on the initial conditions.A modified flux model based on Lohse’s flux model for bi-disperse granular gases is derived.The modified flux model explains qualitatively the experimental results.