離散顆粒流動分選與切應力波動實驗研究.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)境工程技術的現實應用有重要意義. 為了研究顆粒流動過程中的內在機制,本文采用實驗方法,從顆粒物理運動學和力學角度研究顆粒物剪切流動過程中的一些特殊現象,主要包括以下三個重要內容: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力以及顆粒流動中的力鏈結構.

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

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)相應作了調整.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,適應范圍廣,操作性強. 以該實驗系統(tǒng)為基礎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,顆粒的切應力也逐漸增大.相同剪切率條件下,小顆粒的切應力最小,大顆粒的切應力最大,而二者混合的非均勻顆粒切應力居二者之間,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,其在慢速剪切切應力波動幅度很大的原因與顆粒系統(tǒng)內部存在力鏈有關.力鏈的這種不穩(wěn)定的結構和特殊的傳遞應力方式是顆粒切應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力的大小