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.

颗粒物质的两个典型效应及其研究现状的分析

概述了颗粒物质领域中粮仓现象和巴西坚果效应两个典型现象及其解释理论 ,分析其理论的成功和不足之处 ,并给出了一些看法 .

单层水平振动颗粒系统中颗粒分离的研究

为了研究单层水平振动颗粒系统中的颗粒分离现象,将一种基于平均场理论的统计力学方法运用到格点化的单层水平振动颗粒体系中.考虑由2种不同大小颗粒组成的体系,给出了体系的哈密顿量和配分函数.计算出了颗粒的分布趋势,计算结果在一定程度上解释了单层水平振动颗粒体系中不同大小颗粒的分离现象.

振动颗粒分离与床层内低压区的关系

近年来,人们对振动颗粒分离的现象进行了许多研究,提出了不少机理解释巴西果效应。到目前为止,振动颗粒分离的实验都是在床底封闭,振动过程中颗粒床内压力梯度发生周期性变化的情况下进行的。在受垂直振动激励的二维颗粒床(床层颗粒为平均粒径2 mm的分子筛)中通入空气,以保持振动过程中压力梯度方向不变,研究了气体对9种不同的大颗粒运动的影响。大颗粒是由有机玻璃制成的圆柱,与床层颗粒的密度比为0.33～3.62。在床内一直为负压力梯度的情况下观察到了颗粒体系发生"巴西果效应"。实验结果表明振动过程中床层内形成的低压区或沿床高周期性产生的压力梯度方向变化不能作为小颗粒填充效应的原因。认为振动过程中由于激振频率与颗粒层振动频率的不同导致颗粒之间相位角的差异引起了颗粒分离。

颗粒物质的两个典型效应研究现状的分析

概述了颗粒物质领域中粮仓现象和巴西坚果效应两个典型现象及其解释理论 ,分析其理论的成功和不足 。

球状固体在颗粒流体中的上升或下降时间研究

作者基于流体力学的知识用理论方法研究了球状固体在振动流化的颗粒介质中的上升和下降时间,结果表明颗粒介质与球状固体的尺寸、以及外部振源的频率对物体的上升或下降时间有显著的影响。这对于研究巴西果效应及颗粒中的对流现象的物理机制有一定的参考价值。

平动旋转圆盘内颗粒物质分离现象

采用实验和数值模拟方法研究了单层二元混合颗粒在水平振动条件下的颗粒分离现象.结果表明填充密度对二元颗粒分离有着重要影响.随着填充密度的增加,颗粒团会逐步出现反转和颗粒分离现象.这一研究为揭示颗粒物分离的巴西果效应提供了简单的典型模式.

水平摆振下环形巴西果分离效应模拟研究

为了研究水平摆振下混合颗粒体系的分离行为及其机理,利用离散单元法进行数值模拟,对二元混合颗粒振动下的运动行为进行了研究,观察到圆筒形容器内一种新的分离现象,即"环形巴西果"分离。通过对比不同振动参数、不同区域内混合颗粒体系的运动特性,分析了颗粒的整体流态、能量、离心力作用以及颗粒间的力链结构强度,对混合颗粒的中心偏析、边界堆积以及整体分离行为,揭示了"环形巴西果"分离构型的内在机理。结果表明:频率为1Hz、振幅为160°时,混合颗粒出现"环形巴西果"分离现象;频率为3Hz、振幅为40°时,混合颗粒出现"巴西果"分离现象,且通过调整振幅和频率可以控制中心区域大颗粒偏析程度,实现"环形巴西果"分离构型与"巴西果"分离构型之间的转换。

浅析离散体材料的奇特性

通过对离散体材料巴西坚果效应、第四态物质特性、应力分布与拱效应、自组织崩塌现象和谷仓效应等奇异特性的论述,为人们更好地利用离散体材料进行生产和生活提供了理论支持.

刮板输送机中部槽多区域输运状态预测

刮板输送机是煤矿综采工作面大型输送设备,中部槽作为刮板输送机承载部件,其工作可靠性和使用寿命直接影响井下煤炭的输运效率。然而,现有的试验方法难以准确预测中部槽的输运状态和使用寿命。为深入研究煤散料在中部槽中的输运特征,散料对中板造成的磨损特征及其机理,利用离散元法建立了煤散料与刮板输送机中部槽耦合作用模型,采用校正后的模型参数对中部槽输运状态、中板的磨损、散料和中板的受力特征,包括不同满载情况下煤散料运动学形态、不同满载情况及不同含矸率下中部槽中板磨损,以及不同区域和不同满载情况下中部槽中板的受力进行预测研究。结果表明,煤散料在刮板输送机上分布具有“巴西果效应”,煤散料在中部槽不同区域的堆积质量有较大差异,运载量越大“巴西果效应”越明显;中板磨损主要集中在双排刮板链的正下方,该区域下磨损量远大于非链条排布区域;中部槽磨损量随着负载的增大而增大,140%负载下的磨损量是60%负载的3.49倍左右;中部槽磨损量随着含矸率的增大而增大,含矸率25%的煤散料对中部槽的磨损量是不含矸的4.11倍左右;刮板链下方中板所受法向平均载荷最大;负载越大,中部槽中板法向平均载荷越大。本研究可为中部槽不同区域进行相应的耐磨强化处理提供理论依据,可最大程度延长中部槽使用寿命。

颗粒偏析行为分析和一种猜想的机制及其在颗粒分级上的应用

本文主要聚焦于颗粒的偏析行为分析,对几种“巴西果效应”机制的分析:空隙填充模型和对流模型的确为解释颗粒偏析行为提供了很好的切入角度,但考虑因素少而限制了其在复杂颗粒偏析行为的应用;相较而言,渗流作用和颗粒凝聚作用共同作用机制更全面地考虑到了颗粒本身具有的可流态化的性质;最后笔者的猜想也从颗粒的可流态化出发,尝试解释了前三种模型没有能涉及到的“三明治构型”。另外本文还结合粉体分级原理,设想了利用颗粒偏析行为提高粉体分级效率的方法。最后列举了一些应用粉体的工业以此说明粉体工程发展对社会的潜在价值和意义,并通过说明超细粉体自身的特殊性质解释其不在本文讨论范围内的原因。

振动颗粒混合物中的三明治式分离

在竖直振动两种颗粒的混合物的实验中 ,观察到了一种新的分离现象———“三明治”式分离 ,即大而重的颗粒被夹在两层小的轻颗粒之间 .这不同于“巴西果”效应导致的大而重的颗粒在上的两层有序结构 .实验表明当振动加速度大于某个临界值时这种三层有序将取代两层结构 ,而且是稳定的 .实验中观察到导致“三明治”式分离的两种不同的分离过程 .对这两种过程的物理机理及其与振动加速度、振动频率及颗粒尺寸等因素的关系做了研究 。

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.

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的不同产生分离状态的反转现象给予了理论解释.

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.

考虑巴西果效应的热再生沥青混合料沥青活性度

为研究巴西果效应下制备工艺对热再生沥青混合料沥青活性度(DoA)的影响,选取搅拌时间、新集料预热温度、沥青混合料回收料(RAP)粒径以及RAP和不同粒径集料加入试验室内搅拌锅的顺序等制备工艺参数为分析变量,在不添加再生剂情况下,将RAP与粒径相差较大的天然集料直接进行机械拌和、筛分,并对筛分后的混合料进行沥青抽提试验,以测定其沥青含量并计算各再生沥青混合料的DoA。结果表明:热再生沥青混合料在任何制备工艺下均存在巴西果效应;在制备热再生沥青混合料时,搅拌时间、新集料预热温度、RAP粒径均与DoA呈正相关;相比细粒径RAP,选用粗粒径RAP制备得到的热再生沥青混合料的DoA由30%提高至60%;巴西果效应进一步解释了搅拌过程中小粒径RAP更多地分布于搅拌锅底层,与上层大粒径新集料的接触碰撞概率减小而降低了沥青转移量,通过延长搅拌时间可减弱这一影响,但这种减弱有限。