顆粒物質(zhì)在人類(lèi)的生活生產(chǎn)中隨處可見(jiàn),地球上大部分的固態(tài)物質(zhì)也是呈離散形式存在的。在二十一世紀(jì)的今天,人類(lèi)雖然對(duì)微觀和宏觀世界的認(rèn)識(shí)取得了巨大突破,但是對(duì)由離散單元組成的復(fù)雜顆粒體系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律仍然知之甚少。顆粒物質(zhì)自身具有能量耗散的特點(diǎn),因此它是一種遠(yuǎn)離平衡態(tài)的體系。耗散結(jié)構(gòu)理論指出,一個(gè)遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開(kāi)放體系通過(guò)不斷地與外界交流能量或物質(zhì),當(dāng)外界條件達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí),體系可通過(guò)內(nèi)部作用產(chǎn)生自組織現(xiàn)象,使體系從原來(lái)無(wú)序的狀態(tài)自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)間或空間上有序的狀態(tài)。顆粒物質(zhì)在特定的外界條件作用下會(huì)出現(xiàn)自排序、自組織、班圖等空間有序的現(xiàn)象,因此顆粒物質(zhì)可以很好得被用來(lái)研究非平衡態(tài)力學(xué)。沒(méi)有能量輸入的顆粒物質(zhì)在地面上會(huì)由于受到重力作用而落在容器底部,而沒(méi)有重力影響的失重環(huán)境又難以實(shí)現(xiàn),因此之前多數(shù)在地面上進(jìn)行的關(guān)于顆粒物質(zhì)的研究耦合了重力作用的影響。但是對(duì)顆粒物質(zhì)僅由自身性質(zhì)而引起的運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行探索對(duì)研究非平衡態(tài)行為非常重要。能量耗散是導(dǎo)致顆粒氣體運(yùn)動(dòng)行為不同于理想氣體最主要的因素,因此研究顆粒氣體的能量耗散對(duì)顆粒物質(zhì)其他現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)具有重要的意義。我們利用不來(lái)梅落塔提供的微重力環(huán)境對(duì)顆粒氣體的自由冷卻過(guò)... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)北京市

【文章頁(yè)數(shù)】：130 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

自然界廣泛存在的顆粒物質(zhì)：(a)谷物；(b)粉末；(c)沙子；(d)小行星帶（虛擬）

微重力下顆粒氣體自由冷卻及相轉(zhuǎn)變現(xiàn)象的研究顆粒物質(zhì)是一種由大量的宏觀離散物體單元（也就是顆粒）組成的集合，確切地來(lái)說(shuō)顆粒物質(zhì)是物質(zhì)存在的一種外在形態(tài)。比如說(shuō)我們研究單個(gè)鋼珠的性質(zhì)時(shí)，它不是離散的顆粒物質(zhì)，而是一個(gè)連續(xù)性的固體；但是，當(dāng)我們研究成由成千上萬(wàn)個(gè)鋼珠組成的集合時(shí)，這個(gè)集合才是顆粒物質(zhì)。顆粒物質(zhì)中的離散單元可以擁有不同的材質(zhì)、不同的形狀；它們的尺寸也可以不盡相同，甚至可以跨越多個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，顆粒物質(zhì)不僅僅包括我們生活中常見(jiàn)各種粉末粉塵、糧食、沙子、石子、土壤等，甚至行星環(huán)、小行星帶、恒星噴流等都可以看作是顆粒物質(zhì)，如圖 1.1 所示。因此從某種意義上來(lái)說(shuō)，在地球上顆粒物質(zhì)可能是除了液體（水和巖漿等）之外占比最大物質(zhì)存在形態(tài)。

(a) (b)圖 1.4 (a)顆粒表面流[11]；(b)顆粒漏斗流[57]如圖 1.4(a)所示，在重力下，當(dāng)圓錐形顆粒堆與地面的角度大于崩塌角時(shí)，顆粒表面會(huì)發(fā)生流動(dòng)，但是現(xiàn)在人們對(duì)于圓錐形顆粒堆的最大穩(wěn)定角、休止角、內(nèi)摩擦角等臨界角度之間的關(guān)系仍然沒(méi)有定論[11, 58-65]。如圖 1.4(b)所示，漏斗流是另一種常見(jiàn)的顆粒流，早在幾百年前的古代沙漏就已經(jīng)成為了一種計(jì)時(shí)工具[66

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：2912200