發(fā)布時間：2022-01-25 22:17

　　為了研究水平擺振下混合顆粒體系的分離行為及其機理,利用離散單元法進行數值模擬,對二元混合顆粒振動下的運動行為進行了研究,觀察到圓筒形容器內一種新的分離現象,即"環(huán)形巴西果"分離。通過對比不同振動參數、不同區(qū)域內混合顆粒體系的運動特性,分析了顆粒的整體流態(tài)、能量、離心力作用以及顆粒間的力鏈結構強度,對混合顆粒的中心偏析、邊界堆積以及整體分離行為,揭示了"環(huán)形巴西果"分離構型的內在機理。結果表明:頻率為1Hz、振幅為160°時,混合顆粒出現"環(huán)形巴西果"分離現象;頻率為3Hz、振幅為40°時,混合顆粒出現"巴西果"分離現象,且通過調整振幅和頻率可以控制中心區(qū)域大顆粒偏析程度,實現"環(huán)形巴西果"分離構型與"巴西果"分離構型之間的轉換。 

【文章來源】：應用力學學報. 2020,37(02)北大核心CSCD

【文章頁數】：8 頁

【部分圖文】：

鋼制圓筒幾何模型(單位：mm)Fig.1Geometricalmodelofsteelcylinder(unit：mm)

632應用力學學報第37卷導致容器內顆粒體系運動過于活躍進而產生飛濺，難以進行觀測；振幅和頻率變小時，振動加速度過小，顆粒體系無法獲得足夠能量，運動相對遲緩，難以分離。經反復模擬測試，綜合考慮模擬速率及效果，初步設定頻率和振幅分別為1Hz與160°，觀察到混合顆粒體系出現“環(huán)形巴西果”分離現象，即圓環(huán)區(qū)域內大顆粒分布在上層、小顆粒分布在底層的“巴西果”分離構型，靠近圓心區(qū)域內全部為大顆粒，如圖3(a)、圖3(b)所示。圖3(c)為圓筒容器中間厚度10mm的切片，從圖中可以看到，混合顆粒體系的表面為中心凹陷的圓弧狀。(a)等軸側視圖(isometricview)(b)底面視圖(c)中心切片(bottomview)(centralslice)圖3顆粒分離狀態(tài)(f=1Hz,A=160°)Fig.3Separationstateofparticles(f=1Hz,A=160°)從整體分離過程看，顆粒體系的初始狀態(tài)為均勻混合狀態(tài)，如圖4(a)所示；在水平擺振下容器底面顆粒分布狀態(tài)如圖4(b)~圖4(d)所示。從圖中可以清晰地看到“環(huán)形巴西果”分離現象的形成過程，7s時底部大顆粒變少，說明大顆粒開始向上層遷移，小顆粒逐漸占據底層位置，12s時中心處已經有大顆粒聚集，35s時基本達到穩(wěn)定的“環(huán)形巴西果”分離狀態(tài)。(a)2s(b)7s(c)12s(d)35s圖4各時刻下顆粒分布圖(f=1Hz,A=160°)Fig.4Distributionofparticlesateachtime(f=1Hz,A=160°)3.1“環(huán)形巴西果”效應機理分析為了深入探討“環(huán)形巴西果”分離現象的形成過程，創(chuàng)建了兩個網格來分區(qū)域討論混合顆粒體系軸向分離和大顆粒中心偏析的機理，如圖5(a)、圖5(b)所示。網格1為外徑190mm、內徑40mm、高140mm的空心圓柱，網格2為位于容器中心的圓柱，直徑30

632應用力學學報第37卷導致容器內顆粒體系運動過于活躍進而產生飛濺，難以進行觀測；振幅和頻率變小時，振動加速度過小，顆粒體系無法獲得足夠能量，運動相對遲緩，難以分離。經反復模擬測試，綜合考慮模擬速率及效果，初步設定頻率和振幅分別為1Hz與160°，觀察到混合顆粒體系出現“環(huán)形巴西果”分離現象，即圓環(huán)區(qū)域內大顆粒分布在上層、小顆粒分布在底層的“巴西果”分離構型，靠近圓心區(qū)域內全部為大顆粒，如圖3(a)、圖3(b)所示。圖3(c)為圓筒容器中間厚度10mm的切片，從圖中可以看到，混合顆粒體系的表面為中心凹陷的圓弧狀。(a)等軸側視圖(isometricview)(b)底面視圖(c)中心切片(bottomview)(centralslice)圖3顆粒分離狀態(tài)(f=1Hz,A=160°)Fig.3Separationstateofparticles(f=1Hz,A=160°)從整體分離過程看，顆粒體系的初始狀態(tài)為均勻混合狀態(tài)，如圖4(a)所示；在水平擺振下容器底面顆粒分布狀態(tài)如圖4(b)~圖4(d)所示。從圖中可以清晰地看到“環(huán)形巴西果”分離現象的形成過程，7s時底部大顆粒變少，說明大顆粒開始向上層遷移，小顆粒逐漸占據底層位置，12s時中心處已經有大顆粒聚集，35s時基本達到穩(wěn)定的“環(huán)形巴西果”分離狀態(tài)。(a)2s(b)7s(c)12s(d)35s圖4各時刻下顆粒分布圖(f=1Hz,A=160°)Fig.4Distributionofparticlesateachtime(f=1Hz,A=160°)3.1“環(huán)形巴西果”效應機理分析為了深入探討“環(huán)形巴西果”分離現象的形成過程，創(chuàng)建了兩個網格來分區(qū)域討論混合顆粒體系軸向分離和大顆粒中心偏析的機理，如圖5(a)、圖5(b)所示。網格1為外徑190mm、內徑40mm、高140mm的空心圓柱，網格2為位于容器中心的圓柱，直徑30

【參考文獻】：
期刊論文
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[6]水平滾筒內二元顆粒體系徑向分離模式的數值模擬研究[J]. 趙永志,程易.  物理學報. 2008(01)
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本文編號：3609294