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水平滚筒内二元颗粒体系径向分离模式的数值模拟研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O482[理学—固体物理;理学—物理]
  • 作者机构:[1]浙江大学化学工程与生物工程学系化工机械研究所,杭州310027, [2]清华大学化学工程系,北京100084
  • 相关基金:基金项目:国家博士后科学基金(批准号:2005038061)和国家自然科学基金(批准号:20306012)资助的课题.
中文摘要:

发展了考虑法向接触力、切向接触力和力矩、以及滚动摩擦力矩的三维三方程线性弹性-阻尼离散单元模型及计算程序,对薄滚筒内二元S型颗粒体系进行了数值模拟,发现采用本文的数学模型可以准确地预测出滚筒内二元S型颗粒流的分层现象。分析了影响滚筒内颗粒分层的因素,讨论了滚筒转速、颗粒装载率等参数对分层的影响,当转速较高时,滚筒内形成大颗粒在外、小颗粒在内、具有圆形界面的月亮模式,当转速较低时形成具有波浪形界面的花瓣模式,并且随着滚筒转速的逐渐降低,花瓣的数量逐渐增加,数值模拟结果与实验完全符合。模拟还得到了花瓣模式的形成过程:混合均匀的两种颗粒在旋转的过程中很快分离,随后在交界区域相互渗透,造成波动界面,最终形成稳定的花瓣模式。一旦花瓣模式形成,滚筒内的颗粒流动出现明显的波动现象,颗粒流的上表面以上弦、下弦形式不断交替,同时流速也快、慢交替。最后探讨了滚筒内花瓣模式分层运动形成的必要条件及机理。

英文摘要:

A 3D throe-equation linear spring-dashpot model considering the normal contact foroe, the tangential contact force, and the rolling friction torque, and the corresponding programs for granular dynamics were developed. The flow and the segregation of the S-type binary granular mixtures in a thin rotating horizontal drum were simulated by using the new model. The influences of the rotation speed and the load of the drum on the pattern formation were discussed. The simulation results show that the pattern formation of the S-type binary granular mixtures in the rotating drum can be predicted accurately. As the rotation speed is high, the moon pattern appears, in which the small particles concentrate in a central core and the large particles distribute in the periphery. As the rotation speed is lowered, the petal pattern is found in thin drums, and the number of petals increases as the rotation speed decreases. The process of pattern formations was obtained by the simulation. As the petal pattern forms, the wavy flow of granules in the drum appears. Finally, the necessary condition and mechanisms of the pattern formation in the thin drums are discussed in the paper.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876