离散颗粒流动分选与切应力波动实验研究

摘要

颗粒流动广泛涉及于自然和工程过程中,尤其是对滑坡、泥石流、沙丘演化、大气和河流颗粒污染物迁移等生态环境保护的理论研究以及水泥、冶金、食品、管道运输和能源等环境工程技术的现实应用有重要意义. 为了研究颗粒流动过程中的内在机制,本文采用实验方法,从颗粒物理运动学和力学角度研究颗粒物剪切流动过程中的一些特殊现象,主要包括以下三个重要内容:颗粒剪切流动过程中的垂向分选、非均匀颗粒中性悬浮条件下剪切流动切应力以及颗粒流动中的力链结构. 以上这三个问题是颗粒流研究的热点,相互间密切相关.颗粒的分选是颗粒流动过程的附产物,只要系统内颗粒存在差异,颗粒分选必然会发生.颗粒流动过程中的切应力是反应颗粒流动状态的重要参数,影响着颗粒的分选过程和结果.力链就是颗粒密度流中内部应力传递的重要方式,影响着切应力的大小. 为此,自行设计了剪切室实验系统,根据实验要求安排大小不同、性质各异的颗粒在不同条件下剪切循环流动,分组研究上述内容.实验系统主要由三相电机、变频调速器、扭矩仪、剪切环、同心剪切筒等部分组成.针对三个实验的不同特点,可对实验系统相应作了调整.与以往的实验系统相比,该实验系统能简单连续地调节颗粒流速和流动时间,颗粒流动距离没有长度限制,适应范围广,操作性强. 以该实验系统为基础对以上问题进行了研究,通过实验分析后认为,同密度不同大小的颗粒系统垂向分选主要受

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第一章概述

1.1引言

1.2颗粒流基本理论

1.2.1颗粒的不同流态

1.2.2颗粒流的基本力学模型

1.3颗粒流的研究方法

1.3.1实验研究

1.3.2数值模拟

1.3.3理论研究

1.4颗粒流剪切室实验研究

1.5本文研究的主要内容和意义

第二章颗粒剪切流动垂向分选实验

2.1实验系统及方法

2.2结果与讨论

2.2.1颗粒的水平流速分布

2.2.2颗粒分选的过程

2.2.3实验结果分析

2.3本章小结

第三章离散圆颗粒流动切应力实验

3.1实验系统和方法

3.2实验结果

3.3颗粒应力和颗粒流态

3.4本章小结

第四章颗粒流动过程中的力链结构与切应力波动

4.1实验系统和方法

4.2实验结果

4.2.1颗粒切应力波动

4.2.2颗粒切应力波动频谱

4.3实验结果分析

4.3.1力链结构是导致应力大幅波动的原因

4.3.2力链结构的验证

4.3.3结果分析

4.4本章小结

第五章结论

参考文献

致谢

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