離散顆粒流動分選與切應(yīng)力波動實驗研究.pdf

1、顆粒流動廣泛涉及于自然和工程過程中,尤其是對滑坡、泥石流、沙丘演化、大氣和河流顆粒污染物遷移等生態(tài)環(huán)境保護的理論研究以及水泥、冶金、食品、管道運輸和能源等環(huán)境工程技術(shù)的現(xiàn)實應(yīng)用有重要意義. 為了研究顆粒流動過程中的內(nèi)在機制,本文采用實驗方法,從顆粒物理運動學(xué)和力學(xué)角度研究顆粒物剪切流動過程中的一些特殊現(xiàn)象,主要包括以下三個重要內(nèi)容:顆粒剪切流動過程中的垂向分選、非均勻顆粒中性懸浮條件下剪切流動切應(yīng)力以及顆粒流動中的力鏈結(jié)構(gòu).

2、 以上這三個問題是顆粒流研究的熱點,相互間密切相關(guān).顆粒的分選是顆粒流動過程的附產(chǎn)物,只要系統(tǒng)內(nèi)顆粒存在差異,顆粒分選必然會發(fā)生.顆粒流動過程中的切應(yīng)力是反應(yīng)顆粒流動狀態(tài)的重要參數(shù),影響著顆粒的分選過程和結(jié)果.力鏈就是顆粒密度流中內(nèi)部應(yīng)力傳遞的重要方式,影響著切應(yīng)力的大小. 為此,自行設(shè)計了剪切室實驗系統(tǒng),根據(jù)實驗要求安排大小不同、性質(zhì)各異的顆粒在不同條件下剪切循環(huán)流動,分組研究上述內(nèi)容.實驗系統(tǒng)主要由三相電機、變頻調(diào)速器、

3、扭矩儀、剪切環(huán)、同心剪切筒等部分組成.針對三個實驗的不同特點,可對實驗系統(tǒng)相應(yīng)作了調(diào)整.與以往的實驗系統(tǒng)相比,該實驗系統(tǒng)能簡單連續(xù)地調(diào)節(jié)顆粒流速和流動時間,顆粒流動距離沒有長度限制,適應(yīng)范圍廣,操作性強. 以該實驗系統(tǒng)為基礎(chǔ)對以上問題進行了研究,通過實驗分析后認為,同密度不同大小的顆粒系統(tǒng)垂向分選主要受"隨機振動篩機制"控制,顆粒分選的速度與程度受到顆粒濃度比和流速的影響；當(dāng)顆粒中性懸浮條件下受剪切時,隨著顆粒濃度和剪切速度的增

4、大,顆粒的切應(yīng)力也逐漸增大.相同剪切率條件下,小顆粒的切應(yīng)力最小,大顆粒的切應(yīng)力最大,而二者混合的非均勻顆粒切應(yīng)力居二者之間,而剪切方式的不同可能是造成Savage和Bagnold實驗結(jié)果差別的原因； 對于干躁的顆粒系統(tǒng)而言,其在慢速剪切切應(yīng)力波動幅度很大的原因與顆粒系統(tǒng)內(nèi)部存在力鏈有關(guān).力鏈的這種不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和特殊的傳遞應(yīng)力方式是顆粒切應(yīng)力大幅波動的主要原因,顆粒流速、粒徑、干躁和不規(guī)則程度的增大均會不同程度增大鏈上應(yīng)力的大小