雙組元顆粒材料準(zhǔn)二維流動(dòng)中的斑圖形成機(jī)理.pdf

1、多組元顆粒材料流動(dòng)過(guò)程的自發(fā)分聚及斑圖形成機(jī)理是近年來(lái)粉體科學(xué)與工程研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。本文在準(zhǔn)二維裝置中開(kāi)展了顆粒材料坍塌、密集流動(dòng)、堵塞、連續(xù)流動(dòng)-間歇坍塌兩種流態(tài)之間滯后轉(zhuǎn)變，以及自發(fā)分聚和斑圖形成機(jī)理等問(wèn)題的研究，獲得如下結(jié)論:
　　 1.雙組元顆?；旌衔镌跍?zhǔn)二維HeleShaw裝置中流動(dòng)時(shí)，顆粒流量Q和物性差異（主要是大小組元粒徑比(φ)=dL/dS和安息角差異δ=θL-θS）對(duì)流動(dòng)過(guò)程和堆積形態(tài)的影響最為顯著。增大

2、流量Q，減小粒徑比（(φ)＜1.4），有利于抑制滲透效應(yīng)，體系趨于混合;增大粒徑差異（(φ)≥1.4），降低流量Q，在安息角差異δ＜0的條件下，體系會(huì)產(chǎn)生完全分聚現(xiàn)象;如果δ＞0，且體系呈現(xiàn)間歇坍塌時(shí)，將形成較為規(guī)則的層狀斑圖。層狀斑圖中，大小顆粒的交界面傾角隨流量增大呈線性增長(zhǎng)，趨近于各自體系中大組元的安息角。層狀斑圖的波長(zhǎng)與流量的關(guān)系為:λ∝Q2/3。
　　 2.轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速是單組元顆粒材料流態(tài)的序參數(shù)。低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，間歇坍塌-連

3、續(xù)流動(dòng)之間的流態(tài)轉(zhuǎn)變具有臨界性，由于間歇坍塌流和連續(xù)流所形成堵塞堆積結(jié)構(gòu)中應(yīng)力分布、密度分布及力鏈力網(wǎng)結(jié)構(gòu)不同，故導(dǎo)致隨著轉(zhuǎn)速提高或降低時(shí)發(fā)生流態(tài)間臨界轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)速分別為Ω+和Ω-，△Ω=（Ω+-Ω-）＞0，體系存在流態(tài)轉(zhuǎn)變的滯后行為（類似磁滯現(xiàn)象）。
　　 3.在準(zhǔn)二維轉(zhuǎn)鼓中顆粒混合物處于連續(xù)流態(tài)，且大小顆粒通過(guò)自發(fā)分聚形成月亮斑圖才能演化為規(guī)則的花瓣斑圖?；ò臧邎D形成機(jī)理為:大小顆粒組元因自發(fā)分聚形成月亮斑圖，顆粒組元濃度波動(dòng)

4、和流動(dòng)的不穩(wěn)定性會(huì)使月亮斑圖邊界形成鋸齒形萌芽，并通過(guò)“wave-breaking”機(jī)制演化出初始花瓣，在記憶效應(yīng)和動(dòng)態(tài)安息角差異耦合引起的強(qiáng)化作用下粗化生長(zhǎng)，最終形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)健的花瓣斑圖?；ò臧陻?shù)N的表達(dá)式為:N=(Ψ)/(1+C(φ))Aexp(BΩ)
　　 其中(Ψ)為顆粒材料自由表面在轉(zhuǎn)鼓中覆蓋的角度，A和B為與物性相關(guān)的參數(shù)，C為表征花瓣斑圖中大小組元間的滲透情況的參數(shù)，(φ)為小組元與大組元體積配比。對(duì)于雙分散玻璃珠混