顆粒介質(zhì)在準二維振動容器中的對流與分聚.pdf

1、對顆粒物質(zhì)受振時產(chǎn)生的各種復(fù)雜現(xiàn)象,目前顆粒物質(zhì)物理學(xué)存在激烈的爭論。有不少文章提到了邊界條件對顆?；旌吓c分聚過程起著至關(guān)重要的作用,包括邊界摩擦系數(shù)和幾何條件。但還沒有清晰地說明顆粒物質(zhì)流態(tài)與容器邊界幾何條件之間的變化關(guān)系,以及這種變化對顆?；旌吓c分聚行為的影響。針對這些問題和爭論,為了探明顆粒在振動中的分聚行為,本文以沙粒和玻璃粉為研究對象,開展了一系列研究,包括在不同顆粒層數(shù)、不同振動參數(shù)、不同容器幾何形狀下,顆粒堆起——流態(tài)一分

2、聚行為的變化,結(jié)果表明:
　　 (1)振動顆粒在一定條件下產(chǎn)生對流運動,顆粒自由表面堆起角的形成和穩(wěn)定性與振動參數(shù)呈非線性關(guān)系。當(dāng)振幅a＞0.9mm時,表面堆起角迅速增加,振幅約為1.3mm左右時達到飽和值,之后隨振幅增加堆起角緩慢增加。振動頻率較低時,堆起角隨振幅的變化曲線沒有明顯的變化,但是當(dāng)振動頻率達到40Hz以后,堆起角迅速降低。
　　 (2)容器的幾何形狀特征對置入顆粒的運動行為有重要影響。當(dāng)容器側(cè)壁向內(nèi)傾斜時

3、,置入顆粒的上升時間隨初始高度增加而增加,密度較大,尺寸較小的顆粒上升速率更快,當(dāng)置入顆粒初始高度h＜5cm時,置入顆粒上升速率隨初始高度增加而增加,當(dāng)h＞5cm時,上升速率隨初始高度增加而減小;當(dāng)容器側(cè)壁向外傾斜時,置入顆粒在振動顆粒床內(nèi)下沉,密度較大,尺寸較小的置入顆粒的下沉速率更快;在豎直容器內(nèi),置入顆粒的運動行為較復(fù)雜,密度較大的顆粒下沉,而密度較小的顆粒上浮。置入顆粒上升和下沉速率的差別說明顆粒床內(nèi)部存在速度梯度。
　　

4、 (3)容器的幾何形狀特征對雙組元顆粒的對流形態(tài)以及分聚行為有重要影響。當(dāng)容器側(cè)壁向內(nèi)傾斜時,邊界層的顆粒向下運動,容器中間的顆粒向上運動,有一個大的對流圈和一個運動不明顯的蠕變區(qū),隨著振動強度的增加,蠕變區(qū)越來越小。雙組元顆粒的分聚行為不太明顯,混合程度較高;當(dāng)容器側(cè)壁向外傾斜時,顆粒內(nèi)部演化出兩個對流圈,邊界層的顆粒向上運動,容器中間的顆粒向下運動,對流方向發(fā)生了反轉(zhuǎn),顆粒分聚行為被有效抑制,混合程度很高;豎直容器內(nèi)的顆粒對流形態(tài)