本文關(guān)鍵詞：顆粒流粒徑分聚的模型與模擬

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【摘要】：顆粒介質(zhì)廣泛存在于工程建設(shè)和自然現(xiàn)象之中。由于其本身的離散性和耗散特性,顆粒介質(zhì)的宏觀力學(xué)行為呈現(xiàn)類固、類液和類氣三態(tài)并存并頻繁轉(zhuǎn)化的多相特征,對(duì)其刻畫是當(dāng)今國際學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)問題。滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害中包含大量顆粒介質(zhì),在災(zāi)害演化過程中,不同粒徑的顆粒往往發(fā)生分聚,形成大顆粒在上、小顆粒在下的分聚形態(tài)。這種分聚形態(tài)增強(qiáng)了顆粒流的流動(dòng)性和破壞性,因此顆粒流粒徑分聚的研究工作,將不僅有助于我們了解顆粒介質(zhì)內(nèi)部作用機(jī)制,也對(duì)提出合適的防災(zāi)減災(zāi)措施具有現(xiàn)實(shí)意義。由于顆粒介質(zhì)分聚研究和流變研究相對(duì)獨(dú)立,現(xiàn)有的顆粒流粒徑分聚模型,往往只能適用于特定的流態(tài),而缺乏對(duì)顆粒介質(zhì)流態(tài)轉(zhuǎn)換過程中粒徑分聚問題的統(tǒng)一描述。本文基于現(xiàn)有研究成果,對(duì)跨流態(tài)的顆粒流粒徑分聚模型進(jìn)行了研究,取得了如下創(chuàng)新成果:(1)基于對(duì)不同側(cè)壁邊界條件的明渠槽道內(nèi),雙粒徑混合物顆粒流粒徑分聚的離散元模擬,對(duì)顆粒流粒徑分聚的混合物理論和動(dòng)理學(xué)理論模型進(jìn)行了對(duì)比研究,揭示了顆粒流流態(tài)轉(zhuǎn)變對(duì)粒徑分聚機(jī)制的影響,并基于此,在混合物理論分聚模型基礎(chǔ)上建立了跨流態(tài)顆粒流粒徑分聚模型。研究結(jié)果表明,邊界條件改變引發(fā)顆粒流流態(tài)發(fā)生變化,顆粒流內(nèi)非局域作用強(qiáng)度隨之改變,使得速度梯度在不同流態(tài)下對(duì)顆粒流粒徑分聚的影響方式發(fā)生改變;混合物理論分聚模型主要適用于慢速流態(tài)的顆粒流,動(dòng)理學(xué)理論分聚模型則適用于快速流態(tài)顆粒流,而本文模型則能夠完整描述不同流態(tài)下的顆粒流粒徑分聚現(xiàn)象。(2)基于顆粒介質(zhì)非線性彈性能方程、顆粒流不可壓縮假設(shè)和μ(I)顆粒流流變模型,描述了顆粒介質(zhì)內(nèi)部的可恢復(fù)彈性作用、不可恢復(fù)大變形以及不可恢復(fù)耗散作用,建立了跨流態(tài)顆粒介質(zhì)本構(gòu)模型,并發(fā)展了物質(zhì)點(diǎn)方法,建立了該模型的數(shù)值模型。研究結(jié)果表明,該模型能夠有效模擬顆粒固體、顆粒液體及顆粒介質(zhì)固液轉(zhuǎn)換狀態(tài)的力學(xué)行為。(3)基于跨流態(tài)顆粒介質(zhì)本構(gòu)模型和跨流態(tài)顆粒流粒徑分聚模型,使用修正的物質(zhì)點(diǎn)方法和雙粒徑顆�；旌衔锪髯冴P(guān)系,建立了雙粒徑顆粒混合物跨流態(tài)粒徑分聚數(shù)值模型。研究結(jié)果表明,該數(shù)值模型能夠?qū)崿F(xiàn)雙粒徑顆�；旌衔锪鲃�(dòng)過程中,流態(tài)特征和分聚特征的耦合模擬,有效模擬快速流和慢速流兩種不同流態(tài)下的顆粒流流動(dòng)特征和粒徑分聚最終形態(tài)。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O347.7

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本文編號(hào)：1290138