随机力场对二维颗粒流流动性质影响的研究

摘要

颗粒流在自然界中广泛存在，其流动性质不同于普通的气体、液体流体。颗粒流通常被分为稀疏流和密集流状态，而且相互之间还存在有转变。
　　 本文采用分子动力学方法模拟了在外加随机力场下的二维通道内的重力驱动下的颗粒流体系，发现外加随机力场可以调控颗粒流的流动状态及其转变特性。
　　 首先，模拟了不同高度的随机力场对颗粒流流动性质的影响。结果发现，随机力场的高度较小时，随机力场的增加会使稀疏流和密集流的流量降低;而随机力场的高度较大时，随机力场的增加会使颗粒流的稀疏流和密集流的流量增大。然后，模拟了不同强度的随机力场对颗粒流流动性质的影响。结果发现，当随机力场强度小于临界值fcr时，颗粒流仍然存在有稀疏流向密集流的转变，但随机力场的增大会使得亚稳定稀疏流和非稳定密集流存在的区域压缩。在临界随机力场处，颗粒流由稀疏流向密集流转变的特征消失，亚稳定稀疏流、非稳定密集流和稳定密集流三种流动状态重合。当随机力场强度大于临界值时，颗粒流进入一种稀疏流和密集流共同存在的混合流动状态。
　　 根据以上的结果得出结论，随机力场对颗粒流的作用存在有增能效应和损耗效应两种竞争机制。前者的作用为增加颗粒流的平均动能;而后者的作用是降低颗粒流流动的一致性，进而降低颗粒流的平均动能。在较小的随机力场作用下，对于稀疏流来说，损耗效应占主导地位，最大稀疏流流量降低;对于密集流来说，增能效应占主导地位，稳定密集流流量增大。在较大的随机力场作用下，增能效应完全占主导地位，颗粒流的最大流量随随机力场强度的增加而增大。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 颗粒流的提出和研究意义

1．2 本文的主要内容分布

2 颗粒流的研究进展

2．1 以接触力链为依据的颗粒流种类的划分

2．2 漏斗出口颗粒流量的研究

2．3 稀疏流和密集流的转变

3 颗粒碰撞力学的介绍

3．1 引言

3．2 颗粒球参数的实验测量

3．3 硬球模型

3．4 优化方案

3．4 软球模型

3．5 本文的颗粒碰撞参数的选取及程序流程图

4 随机力场对颗粒流稀疏流-密集流转变的影响的研究

4．1 颗粒流运动一致性的引入

4．2 模拟模型

4．3 随机力场作用高度的变化对颗粒流流动性质的影响

4．4 随机力场强度对颗粒流的影响

4．5 小结

5 总结

致谢

参考文献

附录