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(shù)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(nèi)一種新的分離現(xiàn)象,即"環(huán)形巴西果"分離。通過對比不同振動參數(shù)、不同區(qū)域內(nèi)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(jié)構(gòu)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(gòu)型的內(nèi)在機理。結(jié)果表明:頻率為1Hz、振幅為160°時,混合顆粒出現(xiàn)"環(huán)形巴西果"分離現(xiàn)象;頻率為3Hz、振幅為40°時,混合顆粒出現(xiàn)"巴西果"分離現(xiàn)象,且通過調(diào)整振幅和頻率可以控制中心區(qū)域大顆粒偏析程度,實現(xiàn)"環(huán)形巴西果"分離構(gòu)型與"巴西果"分離構(gòu)型之間的轉(zhuǎn)換。 

【文章來源】：應(yīng)用力學(xué)學(xué)報. 2020,37(02)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

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

632應(yīng)用力學(xué)學(xué)報第37卷導(dǎo)致容器內(nèi)顆粒體系運動過于活躍進而產(chǎn)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(jīng)反復(fù)模擬測試，綜合考慮模擬速率及效果，初步設(shè)定頻率和振幅分別為1Hz與160°，觀察到混合顆粒體系出現(xiàn)“環(huán)形巴西果”分離現(xiàn)象，即圓環(huán)區(qū)域內(nèi)大顆粒分布在上層、小顆粒分布在底層的“巴西果”分離構(gòu)型，靠近圓心區(qū)域內(nèi)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(cè)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(xiàn)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(jù)底層位置，12s時中心處已經(jīng)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(yīng)機理分析為了深入探討“環(huán)形巴西果”分離現(xiàn)象的形成過程，創(chuàng)建了兩個網(wǎng)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(wǎng)格1為外徑190mm、內(nèi)徑40mm、高140mm的空心圓柱，網(wǎng)格2為位于容器中心的圓柱，直徑30

632應(yīng)用力學(xué)學(xué)報第37卷導(dǎo)致容器內(nèi)顆粒體系運動過于活躍進而產(chǎn)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(jīng)反復(fù)模擬測試，綜合考慮模擬速率及效果，初步設(shè)定頻率和振幅分別為1Hz與160°，觀察到混合顆粒體系出現(xiàn)“環(huán)形巴西果”分離現(xiàn)象，即圓環(huán)區(qū)域內(nèi)大顆粒分布在上層、小顆粒分布在底層的“巴西果”分離構(gòu)型，靠近圓心區(qū)域內(nèi)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(cè)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(xiàn)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(jù)底層位置，12s時中心處已經(jīng)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(yīng)機理分析為了深入探討“環(huán)形巴西果”分離現(xiàn)象的形成過程，創(chuàng)建了兩個網(wǎng)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(wǎng)格1為外徑190mm、內(nèi)徑40mm、高140mm的空心圓柱，網(wǎng)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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本文編號：3609294