具有拐彎的槽道顆粒流和雙通道顆粒匯流的實(shí)驗(yàn)與模擬研究.pdf

1、顆粒物質(zhì)是大量離散固體粒子集合而成的物質(zhì)，是自然界中最為普遍的物質(zhì)，物理上屬于復(fù)雜非線性耗散系統(tǒng)，相變現(xiàn)象十分復(fù)雜。由于顆粒物質(zhì)的行為與堆積歷史和排列次序有關(guān)，具有不確定性的特點(diǎn)，其研究存在一定的困難。目前對(duì)于許多現(xiàn)象原因的解釋還停留在定性水平，物理本質(zhì)尚不明確。在顆粒物質(zhì)領(lǐng)域開(kāi)展研究工作，一方面對(duì)解決工程實(shí)際問(wèn)題有所貢獻(xiàn)，另一方面可以促進(jìn)統(tǒng)計(jì)力學(xué)、非線性動(dòng)力學(xué)、交通流、應(yīng)用數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展。
　　本文主要針對(duì)了顆粒在槽道中

2、的流動(dòng)特性進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)和模擬的研究，發(fā)現(xiàn)了一些新的現(xiàn)象，為進(jìn)一步了解顆粒運(yùn)動(dòng)機(jī)理提供了契機(jī)。而且我們的實(shí)驗(yàn)和模擬工作可以為顆粒的管道輸送、混合問(wèn)題，甚至交通流等相關(guān)領(lǐng)域提供一些理論性的指導(dǎo)。
　　通常顆粒斜槽流實(shí)驗(yàn)使用的流道為豎直流道，本文將之改為帶兩個(gè)拐彎的傾斜流道，通過(guò)改變兩個(gè)拐彎點(diǎn)之間的流道寬度，發(fā)現(xiàn)了顆粒系統(tǒng)的稀疏流，密集流的相轉(zhuǎn)變。實(shí)驗(yàn)中的相轉(zhuǎn)變過(guò)程并不是突變的，而是經(jīng)歷了一個(gè)臨界的區(qū)域。在該區(qū)域中，顆粒的最終穩(wěn)定狀態(tài)

3、可能為稀疏流，也可能為密集流，即實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的雙穩(wěn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)確定了雙穩(wěn)區(qū)域存在的流道寬度范圍，而且離散元模擬得到的雙穩(wěn)區(qū)范圍和實(shí)驗(yàn)結(jié)果也十分接近。由于流道中存在兩個(gè)瓶頸，初始時(shí)刻入口流量的波動(dòng)導(dǎo)致兩瓶頸形成密集流的先后順序不同，從而導(dǎo)致了這種雙穩(wěn)的現(xiàn)象。為了更直觀地解釋該現(xiàn)象發(fā)生的原因，用離散元方法對(duì)流道的兩個(gè)瓶頸分開(kāi)進(jìn)行了模擬，得到了兩個(gè)瓶頸稀疏流臨界流量和密集流流量之間的關(guān)系。日常生產(chǎn)生活中既存在直流管道，同樣也會(huì)遇到帶拐彎的管道，因此

4、我們對(duì)拐彎流道的研究具有一定的實(shí)用價(jià)值。
　　顆粒雙流道匯流類似于交通問(wèn)題中的入匝道系統(tǒng)。交通流中為了達(dá)到優(yōu)化交通的目的，通常會(huì)研究入匝道的相圖區(qū)域分布情況。本文希望通過(guò)類似的方法研究顆粒雙流道匯流的相分布，這同樣也有助于解決顆粒流量的優(yōu)化問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)流道閥門(mén)開(kāi)口（即入流），發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)呈現(xiàn)九個(gè)不同的流動(dòng)相態(tài)，并實(shí)驗(yàn)獲得了以兩個(gè)閥門(mén)開(kāi)口寬度為橫縱坐標(biāo)的系統(tǒng)相圖。顆粒匯流得到的相圖和交通流入匝道系統(tǒng)的相圖十分相似。離散元模擬