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一种风沙运动的颗粒动力学静电起电模型
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:物理学报
  • 时间:0
  • 页码:126-134
  • 语言:中文
  • 分类:O646.14[理学—物理化学;理学—化学] X701.3[环境科学与工程—环境工程]
  • 作者机构:[1]西安交通大学能源与动力学院,西安710049, [2]西安交通大学人居环境与建筑工程学院,西安710049, [3]日本理化学研究所,和光351-0198,日本
  • 相关基金:国家重点基础研究发展计划(973计划)(批准号:2004CB720208)、国家自然科学基金(批准号:40675011,10872159)和西部灾害与环境力学教育部重点实验室项目(批准号:200707)资助的课题.
  • 相关项目:尘卷风的演化及下垫面参数的影响机制
中文摘要:

基于水的电离理论和颗粒动力学理论,提出了一种风沙运动颗粒碰撞的静电起电模型:颗粒表面覆盖有水分子薄层,颗粒间的碰撞导致能量转移和颗粒温度变化;水电离生成H3O^+和OH^-离子,当两个温度不同或水分子薄层正(负)离子浓度不同的颗粒相接触时,H3O^+比OH^-以更快地速度从浓度高的地方向浓度低的地方迁移.在动力学的模拟计算中采用0.1 mm,0.2 mm和0.4 mm三种粒径的沙粒以示沙粒直径分布特性,并根据沙源地采样分析,沙粒的数量选取750,100和50.模拟结果表明:在三种大小的颗粒系统中,不同大小的颗粒平均带电量随时间的变化规律为大颗粒平均的带电量为正、小颗粒平均的带电量为负,这一结果解释了风沙电场的产生机理,同时定性解释了Guardiola的实验结论——颗粒摩擦静电产生需要一定的湿度环境.颗粒动力学静电起电模型可进一步与气固两相流模型耦合,提高风沙运动颗粒行为的模拟精度.

英文摘要:

An electrostatic dynamic model for wind-blown sand systems of dust devils or sand-dust storms was developed based on the electrochemistry of water molecular film on the surface of particles,in which water is ionized as H3O^+/HO^-and their concentration vary with temperature.The mobility of H3O^+ from high concentration regime to low concentration regime is greater than that of HO^-.The interaction of particles result in the change of particle kinetic energy and the particle surface temperature.The simulation of a three-sized particle system with diameters of 0.1,0.2,and 0.4mm and particle numbers of 750,100 and 50,respectively,shows that the small particles are charged negatively while the large particles are charged positively,which reasonably explains the electrostatic mechanism of dust devils and sand-dust storms.It was also found that the electrification is relevant to the humidity of granule system,which explains Guardiola's experiments.Coupled with gas-particle two-phase flow model,this electrostatic dynamic model will improve the accuracy of numerical simulation of the wind-blown sand system.

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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