颗粒堆密度变化对堆底压力分布的影响

报道当一无黏性颗粒堆的中间部分密度略小于两边，从而使中部的弹性强度明显低于两边时，堆底的压力分布将在中间出现低陷.对从一固定点（或线）缓慢散落颗粒而形成的圆锥形（或楔形）堆，这一微小的密度变化可能来自颗粒沿堆边滚落时对堆产生了一定的扰动拍紧效应.计算表明用考虑了体弹模量随空间变化的弹性理论能很好地再现出观测到的压力分布. 关键词： 颗粒堆 应力分布 弹性理论     

多组分颗粒稠密气固两相流动的数值模拟

基于气体分子运动理论和颗粒动理学方法，建立多组分颗粒气固两相流等温流动模型。模型考虑了颗粒相各组分颗粒温度的差异、气相与颗粒相以及颗粒相各组分之间的动量和能量的传递和耗散，以及相间作用。建立颗粒相粘性系数、颗粒相压力等物性参数计算模型。模拟计算颗粒相浓度、粒径分布等参数与实测值相吻合。     

振动驱动颗粒气体体系的局域态本构关系的实验验证

对准二维、水平边界振动驱动的颗粒气体体系的流体力学 参量进行了局域态本构关系的实验研究. 实验观测结果与经典动力学理论预测进行了比较.由于颗粒气体空间分布的不均匀性, 颗粒体系的整体本构关系不成立, 有必要对局域态进行分析. 局域态本构关系是指颗粒系统的局域温度、局域压强和局域数密度之间的关系. 通过颗粒速度的方向变化, 可以得到颗粒的碰撞点. 因此在计算压力张量的对角线项时, 除了动力学部分之外, 我们计入了颗粒碰撞的影响, 得到了一个约为常数的压力张量迹, 即颗粒压强的空间分布, 与流体力学理论预测以及分子动力学模拟结果相符合; 但是颗粒温度和数密度的空间分布, 在振动的正反两个方向的分量出现差异, 并且温度、压强和数密度之间的局域本构关系, 无论在低密度或高密度区域, 实验与理论预测在定性上一致, 但定量上都有较大差别. 因此经典流体力学理论在描述这样的体系时需加以修正. 关键词： 颗粒气体 态方程 流体力学     

银团簇纳米颗粒的制备及其光吸收谱性质

 采用自悬浮定向流技术制备银团簇纳米颗粒，理论分析了银团簇的成核机理与影响因素，实验研究了制备条件和工艺。结果表明：惰性气体的冷却效率、气体流速和压强、金属熔球的温度和大小是控制颗粒尺寸大小及分布的关键条件，制备粒径小于10 nm的团簇颗粒须采用氦气为载流气体；团簇颗粒流速越大，颗粒粒径越小，尺寸分布越窄，但颗粒生成数量越少。性能表征说明：制备的颗粒呈较规则的球形，为面心立方结构，分散均匀，表面纯净无氧化，粒径分布窄。理论与实验研究了银团簇纳米颗粒的光学吸收谱性质，证明表面等离子共振吸收峰与颗粒的尺寸有很强的相关性，随着颗粒尺寸的减小，由于量子尺寸效应，吸收峰将发生宽化和蓝移。     

粮仓内颗粒压力的测量:Janssen行为及其偏差

基于侧壁分为上下两部分的装置,测量了圆柱对称颗粒系统(竖直粮仓)的压力随高度的变化,并讨论了测得的仓内压力与Janssen理论模型的偏离情况.实验结果显示无论是否对粮仓进行Vanel等建议的让"侧壁摩擦力充分动员"的底座缓慢下沉操作处理,测得的仓内压力都有不同程度的偏离Janssen现象.另外如果没有沉降处理,在填充颗粒的荷载下上侧壁会发生微弱下沉,从而显著增大压力偏离的程度,但沉降处理可将其消除.这些结果表明,粮仓的颗粒重量在仓底和沿侧壁边界上的分配情况受制备方式和装置变形的影响明显,具体分布情况复杂多样.因此颗粒物质的静应力弹性理论分析应该取应力边界条件.     

二维颗粒堆积中压力问题的格点系统模型

为了便于从理论上探究粮仓效应产生的机理,处理筒仓中颗粒介质的应力分布等问题,将二维颗粒堆积简化为格点系统,并且以随机堆积为物理背景提出了一个由吸收系数p及侧向传递系数q决定的力传递模型.给出了矩阵形式的力传递方程,提出基于二阶差分方程的方法同时求解传递系数矩阵的特征值和特征向量,从理论上导出了一种典型情况下容器底部压力分布与顶部压力分布的关系式.对有效质量随总质量变化关系的理论分析表明,该模型可以给出与Janssen模型类似的结果.对无负载情况下的底部应力分布进行了理论计算,结果表明容器底部中央应力最大,离中央越远应力越小.运用数值计算讨论了p与q对容器底部压力随堆积高度变化曲线的影响.     

离散颗粒层被横向推移过程中的力学行为研究

研究发现,颗粒物质层被匀速推移挤压过程中,所需推移力先以线性规律增加,在某一确定点后,则会以指数规律增加.而颗粒物质是由众多离散颗粒组成的软凝聚态物质,其宏观上反映的是离散颗粒的个体性质和凝聚态物质的集体效应.颗粒与颗粒之间以及颗粒与边界之间的细观尺度接触力链的构成以及演变规律将会直接影响各种宏观受力情况,其摩擦力与挤压力便是力链的主要构成形式.围绕着定量描述细观力链特征,从而揭示力的变化规律这一目标,采用计算机模拟的方法,依照球形颗粒Hertz法向接触理论和Mindlin-Deresiewicz切向接触理论,对重力作用下不同数目的三维等径球体颗粒层的推移情况进行了离散元仿真模拟,量化分析了推移力变化规律、各摩擦力变化规律以及力链分布规律,发现摩擦力与挤压力在颗粒堆积的不同阶段对力链的构成起到了不同的主次作用,使得力链发生强弱演变,从而发现了推移颗粒物质层时推移力的变化规律及原因.这些结果有利于从力链角度揭示颗粒内部和颗粒与各边界之间的受力情况.     

二维晶格颗粒堆积中侧壁的压力分布与转向系数

颗粒物质是大量颗粒聚集在一起的软凝聚态物质, 其微观结构与宏观力学性质的联系非常复杂. 本文用实验的方法观测了二维竖直晶格堆积颗粒, 在竖直方向外加正压力作用下其侧壁的受力分布情况, 根据实验结果详细讨论和分析了颗粒体系中正压力的转向行为. 实验结果表明: 在缓慢压缩颗粒体系的过程中, 正压力的变化呈现非线性和线性两段不同的规律; 对于确定堆积结构的颗粒体系, 竖直方向施加的正压力通过颗粒力链转向, 且水平方向不同堆积高度处所受压力值不同, 中部的压力大于顶部和底部的压力; 转向系数k的饱和值随堆积角θ 的增大而减小. 对颗粒堆的几何结构与受力情况进行分析, 给出了转向系数与堆积角之间的数学表达式, 理论值与实验值符合较好.     

颗粒物质随机厚度的蒙特卡罗研究

利用蒙特卡罗方法处理随机几何问题，是核工程中提出的实际问题，也是蒙特卡罗方法在几何处理方面遇到的新的理论问题。颗粒物质随机厚度分布的研究，是其中的重要部分。     

流化床内超细颗粒的流动

基于气体分子运动论和颗粒动理学,建立超细颗粒气固两相湍流流动模型,模型考虑了气相与颗粒聚团之间以及颗粒聚团之间的动量和能量的传递和耗散。建立超细颗粒固相粘性系数、超细颗粒压力等物性参数计算模型。超细颗粒的聚团改变了单颗粒碰撞动力学以及颗粒相压力、粘性系数等输运特性。模型模拟计算颗粒聚团直径分布与Zhaolin等[1]实测值相吻合。     

超临界水流化床内两相流特性的数值模拟研究

本文基于欧拉双流体模型和颗粒动理学理论,对超临界水流化床反应器内气固两相流特性进行数值模拟,模拟获得了超临界水流化床反应器内颗粒分布特性和最小流化速度,分析了表观速度、压力、温度、初始床层高度对超临界水流化床流动特性的影响.本文的研究对超临界水流化床反应器结构的设计及操作条件的优化具有重要的指导意义.     

颗粒沉降运动的虚拟区域法直接数值模拟

文采用基于四边形网格的分布式拉格朗日乘子／虚拟区域方法(DLM／FD method)对二维方槽内775个圆形颗粒在流体中的沉降过程进行了直接数值模拟。得到了颗粒流沉降过程中流体和颗粒速度和涡量分布、流场压力分布等流动细节,展示了颗粒在沉降过程中由于相间的相互作用以及颗粒间的作用,使得颗粒流在流场内形成大小不一的旋流区,颗粒回旋着沉降,同时颗粒的尾涡影响附近颗粒的运动．本文的结果说明分布式拉格朗日乘子／虚拟区域方法对模拟存在很多颗粒的悬浮体流动是可行的。     

超短激光照射下颗粒的散射效应

对两个纳米颗粒受超短激光照射时表面吸收光强的分布情况进行了研究。基于米散射理论和蒙特卡罗方法建立程序来模拟和追踪光子的运动轨迹,米散射理论主要用于确定光子的散射方向,运用兰贝特定律和解析解对模拟结果进行验证。通过对比材料为金和黑体时双颗粒的光强分布发现,颗粒的散射和激光照射宽度的增加会使颗粒相邻处的光强增大,颗粒底部的光强主要取决于颗粒的反照率大小以及散射光强的分布情况。     

基于Mie散射理论的颗粒粒度分布转换

使用动态光散射法可以获得颗粒的光强加权平均粒径,以及光强加权颗粒粒度分布。为获得数量或体积加权颗粒粒度分布,提出从光强分布到数量分布转换的直接比值法。该方法首先依据Mie散射理论求解不同粒径颗粒的散射光强,然后将光强分布与对应颗粒的散射光强进行比对,获得颗粒的数量分布,进而得到颗粒的体积分布。使用动态光散射法测量得到聚苯乙烯乳胶球混合样品的光强分布,利用直接比值法将光强分布转换为数量分布和体积分布,并与扫描电子显微镜测量的数量分布进行了对比,实验数据表明采用直接比值法能够获得准确的数量分布。     

Co-SiO2颗粒膜中颗粒相互作用的温度和尺寸依赖关系

我们在真空离子束溅射设备中制备了Co-SiO2颗粒膜，其结构和磁性分别利用透射电子显微术（TEM）和铁磁共振（FMR）来研究。TEM分析表明Co纳米颗粒相互独立地分布在SiO2介质中，且尺寸分布非常窄。室温转角FMR实验显示薄膜具有单轴各向异性，变温FMR实验被用来研究在100－300K温度范围内的颗粒间相互作用强度随温度变化的关系（我们利用一理论模型计算了颗粒集合体中的铁磁部分所占比例和超顺磁部分所占比例）。我们发现颗粒间相互作用强度除了与温度有关之外，还与Co颗粒的尺寸直接相关。     

循环床锅炉膜式壁附近颗粒浓度的动态特性

本文采用反射式光纤探头，测量了循环床膜式壁管子和鳍片附近的颗粒浓度动态分布，并且引人时序分析方法处理采样数据。研究表明，膜式壁附近的颗粒分布是不均匀的；在膜式壁附近存在颗粒流动的再分布过程；颗粒浓度波动的能量分布主要集中在低频区域；根据ＡＲ模型阶数，本文定量地将膜式壁附近的颗粒流动划分为；剪切区、沉积区、再分布区和槽区。     

纳米流体液滴内的光驱流动实验及其解析解

在光透过性的流体介质中添加具有高光响应特性的纳米颗粒,可以形成光驱动纳米流体,实现对光能的高效利用.本文针对光驱纳米流体流动行为开展实验观察和理论分析研究,这是实现光驱纳米流动精确调控的理论基础.首先利用粒子图像测速技术对液滴中直径为300 nm的Fe3O4颗粒在不同光源照射下受Marangoni效应诱导的运动进行了实验观测,研究光能向动能的高效转化机制.实验结果表明,当颗粒浓度大于临界数密度时,可诱导出垂向具有对称结构的涡,在液滴底部颗粒由四周向中心运动,顶部则由中心向四周运动,光源频率和颗粒数密度是这一过程的主导因素.随后,针对光强高斯分布的紫外光驱动下大颗粒数密度、特征流速约mm/s的光驱纳米流体,通过Stokes方程和表面张力梯度边界条件实现了其流场分布的解析求解,理论获得的流场分布解析解与实验测量结果保持一致,证实定量理论分析的有效性.最后,讨论了引入表面张力与在液滴底部引入表面压力及体相中集中引入光辐射力的不同驱动模式之间的相关性.这一研究成果为光微流控系统中流动行为的精确调控及光能的高效转化等提供了理论支持.     

介孔二氧化硅双重孔隙的导热特性研究

介孔二氧化硅颗粒的双重孔隙分布特征对材料的导热性能具有显著影响。本文通过微观形态表征分析了介孔二氧化硅的复合孔道，并基于受限空间内的气体分子动力学理论，构建了双重孔隙结构的热导率关联模型。为了验证理论模型的合理性与准确性，采用瞬态热带法测量了介孔二氧化硅材料(MCM-41和SBA-15)在0～30 MPa和20～550℃的环境压力及温度变化下的有效热导率。实验测量结果表明，本文理论模型可以有效预测介孔二氧化硅颗粒热导率的变化规律。进一步根据模型分析可知，材料热导率随着环境温度及压力的升高而增长，表现出明显的正相关性，同时其微观结构的差异也是热导率变化的决定性因素。     

粮仓效应的底部与侧壁压力的实验验证

为了探究颗粒物质的粮仓效应和验证Janssen模型的正确性,设计制作了侧壁可整体上下移动的实验装置,该装置不仅可以测量粮仓底部正压力,还能够测量任意深度的侧壁压力.理论推导出了方柱体底部正压力随颗粒堆积高度的变化规律,以及侧壁压力随深度的变化关系,并进行了数值模拟.结果 表明:实验测量值和理论模拟值符合得较好:当粮仓中...     

滞止火焰场中TiO2颗粒的烧结特征研究

由于对颗粒粒径分布和晶型的显著影响,纳米TiO2颗粒的烧结特征在滞止火焰合成工艺中至关重要.本文通过插入式热泳采样和对合成时间的调控,对颗粒在火焰中和滞止板上的烧结特征进行了研究,进而利用颗粒群平衡模型结合表面积线性衰减理论,对火焰中颗粒的团聚和滞止板上沉积颗粒的粒径分布进行了理论分析预测,其结果与实验结果相吻合.