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.     

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“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.     

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     

颗粒物质(上)

颗粒物质是地球上存在最多、最为人们所熟悉的物质类型之一．大量颗粒组成的离散态物质体系具有特别的性质和运动规律．颗粒物质表现出许多不同于固、液、气物质的奇特现象和独特的运动规律．由于对颗粒物质运动规律的理解具有重要科学意义和应用背景，近十年来颗粒物质研究逐步成为物理学研究中的一个活跃领域．文章综述了颗粒物质的一些主要特性，如颗粒物质的静态性质、振动行为、流动特性等，其中也包括文章作者的一些新近研究结果．限于篇幅，文章分为上、下两部分发表．第一部分在对颗粒物质作一般介绍后讨论颗粒物质的静态特性，第二部分则主要讨论颗粒物质振动时的行为和流动性质．     

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.     

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.     

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.     

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     

Hydrodynamic model for particle size segregation in granular media

We present a hydrodynamic theoretical model for “Brazil nut” size segregation in granular materials. We give analytical solutions for the rise velocity of a large intruder particle immersed in a medium of monodisperse fluidized small particles. We propose a new mechanism for this particle size-segregation due to buoyant forces caused by density variations which come from differences in the local “granular temperature”. The mobility of the particles is modified by the energy dissipation due to inelastic collisions and this leads to a different behavior from what one would expect for an elastic system. Using our model we can explain the size ratio dependence of the upward velocity.     

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     

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