颗粒物质表面孤立子波形隆起与内部对流

报道在垂直激励下颗粒物质的表面孤立于波形隆起及内部的对流分布的实验观察.通过分析,得到一种不同干以往依赖于水平方向边界制约的但却类似于浅水表面波的新的形成机制. 关键词：     

竖直振动激励下颗粒毛细上升行为研究

竖直振动激励下颗粒毛细上升现象为颗粒物料的提升、输运和采集提供了一种全新的技术路径.然而,已有颗粒毛细上升行为研究仍存在明显不足,特别是缺乏对重力加速度、水平振动分量、颗粒粒径分布影响的深入探究.针对这些问题,采用离散元方法,对不同操作条件下颗粒毛细上升现象开展数值模拟研究,并对颗粒最终毛细上升高度和平均毛细上升速度进行计算分析.结果表明,在低重力条件下,颗粒毛细效应仍能发生,颗粒最终毛细上升高度和平均毛细上升速度随重力加速度均呈现先增加后减小的趋势;颗粒最终毛细上升高度对水平振动分量的变化不敏感,而平均毛细上升速度随水平振动分量的增大而增加;在平均粒径相等的情况下,粒径服从高斯分布的颗粒比单一粒径颗粒的最终毛细上升高度最大值对应的临界管径更大,并且同处于堵塞效应影响的管径区域时平均毛细上升速度也更快.     

绕汽柱热毛细对流的数值模拟

本文建立了一个在常重力及微重力情况下绕汽柱热毛细对流的数学模型,并采用有限差分法来积分非稳态动量方程和能量方程,得到了不同参数下热毛细对流的数值解．通过数值模拟,得到了不同参数下热毛细对流的速度矢量场,了解了有关无量纲参数对热毛细对流的影响规律．得出结论：热毛细对流不仅在微重力条件下存在,即使在重力场中,在特定情况下也是不能忽略的。     

绕汽柱热毛细对流的稳定性分析

本文根据非平衡热力学理论,选取熵产作为F函数,以熵产随时间的变化率作F函数,采用Liapounov稳定性分析方法用数值法对绕汽柱热毛细对流进行了稳定性分析,得到了不同参数组合下的临界Marangoni数,并以工质水为例,得到了不同情况下的临界热负荷。     

环形双层液体内热毛细对流过程的数值模拟

为了了解环形双层液体内热毛细对流的基本特征,利用有限容积法进行了数值模拟,液池外壁被加热,内壁被冷却,液封流体为氧化硼,熔体为砷化镓,其宽深比为4.模拟结果表明,液封能极大地抑制熔体内流动,使其速度降低约两个数量级;浮力会削弱液封层内的流动,强化熔体内流动.     

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.     

水平磁场对双层流体热毛细对流的影响

三维数值研究了零重力时水平温度梯度作用下,B2O3封闭液与InP熔液组成的双层流体系统在水平磁场作用下的热毛细对流.结果显示,当磁场强度较小时,上层流体中对流涡的结构变化其微,而下层流体中的逆对流涡得到了抑制;随着磁场的增强,温度场分布逐渐趋于均匀,涡量强度逐渐减小,表明热毛细对流强度逐步地得到削弱.当磁场增强列Bx=0.4 T时,上层流体中的对流涡较均匀地充满上层流体区,而下层流体中对流涡紧贴着交界面.     

环形浅液池内热毛细对流的渐近解

为了了解微重力下水平温度梯度作用时环形浅液池内的热毛细对流特征,采用渐近线方法求得了环形浅液池内热毛细对流的近似解析解,得到了主流区速度场和温度场的表达式,并与数值模拟结果进行了比较,两者基本吻合.     

环形浅液池内中等Pr数流体的热毛细对流

为了了解微重力下水平温度梯度作用时环形浅液池内的热毛细对流特性,利用有限差分法进行了非稳态二维数值模拟,环形液池外壁被加热,内壁被冷却,流体为 0.65 cSt的硅油,其Pr 数为 6.7。结果表明,当温度梯度较小时,流动为稳态流动,随着温度梯度的增加,流动将会失去其稳定性,转化成各种振荡流动,模拟结果与实验结果基本吻合。     

环形池内双层流体热毛细对流不稳定现象实验研究

为了了解水平温度梯度作用下双层流体内热毛细对流的特征,实验观察了环形池内由1cSt硅油和氟化液FC-40组成的双层流体内热毛细对流失稳后的不稳定现象。实验表明,随着上层或下层流体厚度的增加,流动稳定性减弱。当上层厚度为1.5 mm时,内外环间温差超过临界温差后在外环区域产生三维稳态的直条纹、并在内环区域产生热流体波,波纹产生于上层流体。当上层流体厚度为2mm时,液层内三维稳态直条纹占主导。环形池旋转使稳态条纹变为弯曲波纹,并且液层内只有一组传播方向与环形池的旋转方向相反的热流体波。     

Instabilities in vertically vibrated fluid-grain systems

When a bed of fluid-immersed fine grains is exposed to vertical vibration a wealth of phenomena may be observed. At low frequencies a horizontal bed geometry is generally unstable and the bed breaks spatial symmetry, acquiring a tilt. At the same time it undergoes asymmetric granular convection. Fine binary mixtures may separate completely into layers or patterns of stripes. The separated regions may exhibit instabilities in which they undergo wave-like motion or exhibit quasi-periodic oscillations. We briefly review these and a number of related behaviours, identifying the physical mechanisms behind each. Finally, we discuss the magneto-vibratory separation of binary mixtures which results from exposing each component to a different effective gravity and describe the influence of a background fluid on this process.     

Convection, heaping, and cracking in vertically vibrated granular slurries

We address the situation in which vibration is applied to thin layers of granular material with water filling the pore space, but with air above. Beyond a critical drive parameter we observe heap-shaped convecting domains of nontrivial topology, which exhibit cracks as the forcing amplitude is further increased. We summarize these results in a phase diagram, understand the onset of the convecting heaps as a manifestation of the Rayleigh-Taylor instability for fluids, and measure the response of isolated convecting structures.     

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     

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     

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     

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     

Energy fluctuations in vibrated and driven granular gases

We investigate the behavior of energy fluctuations in several models of granular gases maintained in a non-equilibrium steady state. In the case of a gas heated from a boundary, the inhomogeneities of the system play a predominant role. Interpreting the total kinetic energy as a sum of independent but not identically distributed random variables, it is possible to compute the probability density function (pdf) of the total energy. Neglecting correlations and using the analytical expression for the inhomogeneous temperature profile obtained from the granular hydrodynamic equations, we recover results that have previously been observed numerically and that had been attributed to the presence of correlations. In order to separate the effects of spatial inhomogeneities from those ascribable to velocity correlations, we have also considered two models of homogeneously thermostated gases: in this framework it is possible to reveal the presence of non-trivial effects due to velocity correlations between particles. Such correlations stem from the inelasticity of collisions. Moreover, the observation that the pdf of the total energy tends to a Gaussian in the large system limit suggests that they are also due to the finite size of the system.