顆粒物質(zhì)流動和靜態(tài)若干問題的研究.pdf

1、近十多年來,顆粒物質(zhì)已逐漸成為物理學(xué)研究中的一個活躍的領(lǐng)域。顆粒物質(zhì)作為自然界廣泛存在的一類物質(zhì)形態(tài),在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和地球物理研究中都起著重要的作用。本論文通過實驗和計算機模擬的方法研究了顆粒物質(zhì)流動和靜態(tài)的幾個問題,主要包括三個方面:外界約束對顆粒流狀態(tài)的影響,顆粒系統(tǒng)整體的彈性和水平擾動對崩塌的作用。
　　 在論文的第一章里,我們首先扼要地介紹了近些年來有關(guān)顆粒物質(zhì)領(lǐng)域的一些進展,包括它的靜態(tài)特性、流動特性和由振動引起的一些性

2、質(zhì),以及一些相應(yīng)的應(yīng)用背景。
　　 第二章研究了通道寬度對稀疏態(tài)漏斗顆粒流的影響。實驗發(fā)現(xiàn)在所有條件(初始流量,漏斗開口)都不改變的情況下,增大斜面通道的寬度,可以使顆粒流更容易轉(zhuǎn)變?yōu)槊芗鳌Ｍㄟ^分子動力學(xué)(MD)模擬,我們發(fā)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變和漏斗出口處顆粒的碰撞規(guī)律有關(guān)。當(dāng)橫向碰撞的概率會大于縱向時,顆粒流就會由稀疏態(tài)向密集流轉(zhuǎn)變。改變通道寬度則會影響這種臨界行為。
　　 第三章研究的是粗糙邊界對稀疏態(tài)快速斜面流的橫向流量分

3、布的影響,實驗發(fā)現(xiàn)了一種馬鞍形雙峰的流量分布。邊界粗糙度、斜面寬度以及斜面傾角等都會對具體分布產(chǎn)生影響。通過MD模擬,我們進一步研究了快速斜面流橫向分布的具體演化情況和產(chǎn)生雙峰分布的因為。模擬揭示,雙峰的流量分布是顆粒流被邊界激勵,進一步擴散的標(biāo)志。
　　 第四章我們通過MD模擬研究了顆粒系統(tǒng)彈性的問題。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)在受壓形變較小的情況下,系統(tǒng)的彈性特性的確可以擁有大于3/2的指數(shù)特性,即有ppiston=k(δ/d)α,α=3

4、.5。這和以往的實驗結(jié)果有很好的吻合。在形變繼續(xù)變大的時候,彈性行為則滿足3/2指數(shù)的Hertz彈性特性。模擬揭示,這種行為和顆粒內(nèi)部受壓時的結(jié)構(gòu)調(diào)整有關(guān),可以從壓力的分布上看出明顯的區(qū)別。同時,受壓形變較小的時候,彈性系數(shù)k也較小,所以實際這時候顆粒硬度并沒有變大。
　　 第五章中,通過可調(diào)的水平振動作為擾動,我們研究了沙堆受外力崩塌時的物理機理。實驗發(fā)現(xiàn)崩塌只和沙堆受的外力的大小有關(guān),而和外力的形式無關(guān)；不同方向的振動都會起