颗粒物质“巴西果”分离的影响因素及分离机制概述

“巴西果”分离（BNS）是振动颗粒物质的一个主要现象.近几年来,寻找影响“巴西果”分离的因素及其形成的物理机制受到众多学者的广泛关注.文章系统地总结了影响“巴西果”分离的各种因素及相关物理模型,指出了各种模型的适用范围及存在的不足.阐述了目前颗粒物质研究热点及今后需要开展的研究工作的方向.     

气压对颗粒物质振动分离的影响

文章作者系统地研究了垂直振动颗粒床中，在不同气压、颗粒尺寸以及密度情况下大球的运动规律。实验发现，系统处于真空状态或低气压时，大球总是向上运动。然而，当在通常大气压下，大球则会出现上升和下降两种运动状态。大球下降这种运动状态，只在大球的密度和颗粒床中颗粒尺寸足够小时才会出现，颗粒床中的负气压梯度导致大球下降。     

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.     

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     

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     

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     

颗粒物质中的空洞效应

通过实验研究了颗粒体系内部的空洞对整个颗粒体系的影响.当在颗粒体系中向上提拉探测棒时,棒下端即刻产生空洞.由于空洞的存在,将导致整个颗粒体系内部结构的崩塌,崩塌的情况可通过测定棒受到的摩擦力来研究.实验发现整个体系崩塌的时间t与空洞产生的深度h间存在着一个指数的对应关系,即t正比于exp(h/λ),并且这个关系不随颗粒尺寸的变化而改变.同时,还进行了二维的辅助实验,对颗粒体系内部的情况进行了较为细致的观察.     

颗粒物质的两个典型效应及其研究现状的分析

概述了颗粒物质领域中粮仓现象和巴西坚果效应两个典型现象及其解释理论，分析其理论的成功和不足之处，并给出了一些看法。     

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     

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.     

振动颗粒混合物中的周期性分聚现象与能量耗散

在垂直振动的激励下, 铜和玻璃珠组成的二元颗粒混合样品存在依次出现分界清晰的三明治, 巴西果, 反巴西果三种分聚结构的周期循环变化现象, 其中出现三明治结构的时段最长(大于90%). 循环周期随振动台频率的增加而增大, 随加速度的增加而减小. 对三种分聚结构的样品能量耗散功率的测量显示, 在相同的振动条件下反巴西果结构的能耗功率最大, 巴西果结构的最小. 利用Hong的凝聚和渗透两机理相互竞争的观点, 并结合能耗功率的测量结果, 可定性解释这个周期性分聚现象.