颗粒流

摘要： 以单个硅颗粒氮化反应缩核模型为基础,本文建立了硅颗粒在输送床内反应、辐射与对流传热耦合的数学模型,并借助CFD软件FLUENT对输送床内能质传输过程进行了数值模拟,分析了输送床壁面温度、氮气流量、预热温度、硅粉粒径等因素对输送床内温度场和硅粉氮化率的影响。在数值计算域内将单个颗粒反应过程转化为颗粒群整体反应过程,实时监测颗粒粒径及未反应硅颗粒粒径,为数值模拟颗粒流反应提供一种新思路。当壁面温度高于1723K时,输送床内会出现一高温区加速硅粉氮化反应;反应温度越高、颗粒粒径越小,氮化过程越剧烈,硅粉到达完全氮化所需时间越短。模型表明为使粒径为2.5μm的硅粉达到完全氮化且输送床内最高温度不超过氮化硅的分解温度2173K,应控制输送床壁面温度在1773K,氮化时间在170s以上,预热温度在1273K,粉气质量比为0.2,稀释剂比例为0.5~1。

摘要： 为研究矿物颗粒与胶结物刚度差异对岩石破裂的影响,基于平行黏结模型开展了不同颗粒有效模量、黏结有效模量下的压缩、拉伸试验研究。结果表明:颗粒有效模量与压弹性模量相关性最大,黏结有效模量与拉弹性模量相关性最大,同时受黏结有效模量影响的宏观参数包含且多于颗粒有效模量,优先标定黏结有效模量有助于提高模拟试验的准确性。固定黏结有效模量时,颗粒有效模量越大,岩体稳定性越好;固定颗粒有效模量时,黏结有效模量越大,颗粒稳定性越差;当两种有效模量增大时,模型易出现脆性破坏,反之易出现塑性破坏;刚度差异系数值反映了模型内部颗粒刚度和胶结体刚度的差别,刚度差异系数值越小,模型越容易产生裂隙,即矿物颗粒的刚度越大岩石越稳定,胶结物的刚度越大岩石越容易出现裂隙。最后利用试验实例验证了结论的准确性。

摘要： 为了研究高围压作用下堆石体中剪切带形成及相关细观结构演变,采用自编程序构造3种不同形状的可破碎颗粒簇,随机生成二维颗粒流试样,进行双轴压缩试验。结果表明,轴向应变为6%时,试样由体缩向体胀过渡;轴向应变达到10%以后,试样内部发生了结构性变化。试样中颗粒簇的旋转、移动、破碎以及孔隙率等细观结构演变能清晰反映试样中剪切带的形成过程;轴向应变达到10%以后,试样中旋转幅度大的颗粒簇、破碎严重的颗粒簇以及大孔隙率区域均呈非对称X形分布,且X形轮廓逐渐清晰。

摘要： 为有效防治煤矿工作帮滑移带来的安全风险,探究煤矿工作帮边坡变形移动规律,利用颗粒流(PFC)方法模拟边坡移动过程,同时结合魏家峁露天煤矿西南工作帮边坡实际情况,预测边坡滑移距离,最后对工作帮参数进行优化。所采用的研究方法与所得结论对地质情况类似矿山有重要的理论价值及实践指导意义。

摘要： 基于坡面泥石流室内模型试验结果,利用三维颗粒流数值模拟软件PFC3D对不同条件下坡面泥石流的启动过程进行了模拟研究,并探讨了坡面泥石流的启动机理.结果表明:降雨开始时,由于土体初始含水率低,雨水首先会向下入渗进入土体,且在坡体表层率先形成饱和区,饱和区内会产生坡面径流,导致坡表率先被破坏,最终产生坡面泥石流;坡角越大,坡体的稳定性越差,在相同的降雨条件下更容易发生坡面泥石流,且土体的滑动距离越远、滑动体积越大;坡表饱和区越厚,发生的坡面泥石流规模越大;土体的抗剪强度越小(即土体的摩擦系数越小),发生的坡面泥石流规模越大.本研究可为泥石流灾害的预测和预防提供依据.

摘要： 针对黄土颗粒流模型细观参数标定过程中试错法计算量大的现状,采用敏感性分析与回归分析相结合的方法,在分析了黄土细观因素与宏观力学响应对应关系和多因素非线性联合反演的基础上,快速确定了黄土的细观参数,并得出如下结论:黄土的抗剪强度^(-)τ_(c)随半径乘子^(-)λ的增大呈指数函数规律增大,随摩擦系数μ的增大呈线性增大,随法向黏结强度^(-)σ_(c)的增大呈幂函数规律增大;内摩擦角Φ′随摩擦系数μ的增大呈对数函数规律增大;黏聚力C随半径乘子^(-)λ的增大呈线性增大,随法向黏结强度^(-)σ_(c)的增大呈对数函数规律增大。数值试验与室内试验结果误差较小,证明了此方法在黄土细观参数标定中的可行性,为其他材料的细观力学参数标定提供了新思路,也为黄土地区滑坡、泥石流和融水降水侵蚀等地质灾害的颗粒流模拟分析提供了参数参考。

摘要： 为研究硐室开挖过程中围岩变形特性,采用颗粒流软件PFC2D建立硐室开挖模型,分析硐室开挖过程中围岩速度场、应力场、位移场及围岩损伤的变化特性。结果表明,颗粒流软件能够模拟硐室开挖过程中应力位移的变化以及裂纹的发生及扩展特性,验证了颗粒流软件在硐室开挖研究中的可行性。图7幅,表1个。

摘要： 采煤机工作过程中,镐型截齿直接截割煤岩,其截割速度影响其寿命,同时也对采煤机工作效率具有重要影响。本研究在分析镐型截齿截割过程中截割速度变化的基础上,利用颗粒流离散元软件(PFC)对不同截割速度对煤岩截割过程的影响开展研究。结果表明:煤岩截割过程中,镐型截齿截割速度总体呈非线性减小趋势,且随牵引速度、滚筒角速度的增大分别呈现非线性减小趋势增强和明显增大的特点;当滚筒角速度、牵引速度一定时,截割过程中截割力均值、峰值、最大波动及产生的裂纹数量均随牵引速度、滚筒角速度的增大分别增大、减小;牵引速度一定时,提高滚筒角速度可改善截齿的受力情况;滚筒角速度一定时,提高牵引速度可在一定程度上降低截割比能耗。

摘要： 通过PFC颗粒流数值分析软件对SHPB试验进行数值模拟,研究了不同应变率对花岗岩力学性能的影响,探讨了不同应变率对花岗岩峰值应力、峰值应变的影响规律,分析了花岗岩在不同应变率作用下的破坏规律。结果表明:随着应变率的增加,峰值应力显著增加,表现出较强的应变率相关性;应变率增大,弹性模量随之增大。冲击荷载下花岗岩试件裂纹以拉伸为主,试样的动态破坏破碎程度随着应变率的增大而增大。

摘要： 采用室内试验和颗粒流模拟方法尝试揭示夹层厚度对边坡软弱夹层破坏机理的影响。通过直剪试验明确夹层土体的力学参数,然后结合报道的宏细观参数率定方法得出细观模拟参数。在此基础上开展不同夹层厚度下的夹层破坏机理对比分析。研究表明:相同条件下厚度的不同会造成颗粒细观响应的差异。厚度较小时,剪切破坏区域集中于交界面附近,呈层状分布,细观演化最为剧烈;厚度适中时,颗粒剪切的主要区域集中于中部层位和主对角线上,属于稳定的细观演化;厚度较大时,剪切破坏集中于夹层中前端,且区域较小,为局部性破坏,剪切面未完全形成。

摘要： 颗粒流中的多尺度结构由于其复杂性的缘故一直以来备受关注.为了对该结构做深入的探究,之前构造了针对颗粒流的统一气体动理学格式(UGKS/Unified gas-kinetic scheme),然而因为需要离散速度空间,导致计算量颇大,使得无法直接用于实际的多尺度问题计算.为了解决该问题,本文在直接建模亦即UGKP(unified gas-kinetic particle method)的框架下,加入damping collision term和return-to-isotropy term刻画颗粒之间的碰撞,构造了适用于颗粒流的格式.上述两个碰撞项中,前者表征颗粒的非弹性碰撞,而后者则强调颗粒各向同性分布的重要性,从而使得结果更加可靠合理.通过对两个颗粒射流对冲(solid jet)的数值模拟验证了该格式的有效性.由于采用抽样颗粒的方法模拟自由输运所贡献的通量,使得UGKP较UGKS不仅耗散更小,能够捕捉更为精细的物理结构,而且效率更高.

摘要： 建造在砂土环境中的盾构隧道,隧道渗漏水会将砂土颗粒带入隧道内部,导致隧道周围砂土流失,引起隧道的不均匀变形与沉降.以此为背景,本文建立了隧道-土体离散元计算模型,模拟隧道不同部位发生局部渗流侵蚀时,隧道中心位移、隧道表面土压力分布及地表沉降的变化.其结果表明,隧道中心位移、地表沉降量均与颗粒流失比例呈线性增加关系;受颗粒流失及流失缝周围形成的颗粒力拱影响,隧道表面土压力重分布,会使流失缝宽度进一步扩大而加剧渗流侵蚀进程,且渗流侵蚀发生于隧道底部产生的影响大于渗流侵蚀发生于隧道腰部与顶部.

摘要： 基于颗粒流离散元程序模拟了堆积层滑坡变形破坏及滑动的全过程.结合现场地质调查资料,总结了拜殿乡I号滑坡的成因机制及影响因素,分析表明该滑坡是在内外因共同作用下的结果,其主要原因是滑体物质松散,雨水人渗形成软弱滑动带,导致坡体的变形滑动.采用数值试验确定土体细观参数与宏观力学性质的关系,建立拜殿乡I号滑坡数值模型,考虑降雨对滑带土强度的软作用化,对滑坡变形破坏及滑动全过程进行了模拟.模拟结果表明:滑带土强度降低后坡脚出现剪切破坏集中区,后缘处出现拉张裂破坏集中区,随着坡体缓慢的蠕动变形,坡脚的裂隙范围逐渐扩大,坡体中后缘出现多条拉张裂隙;根据滑体的运动速度将滑动过程分为蠕动变形、滑动加速、滑动减速和缓慢堆积4个阶段;滑坡滑动情况和最终堆积状态表明拜殿乡I号滑坡严重威胁龙潭村小学及乡村公路的安全,模拟结果对该滑坡的工程治理具有重要的指导价值.

摘要： 成层土在渗流作用下容易发生接触冲刷,细土层中的颗粒从粗土层孔隙中被水流带走,接触冲刷的持续发展会对水工建筑物产生严重的后果.为了从细观角度研究接触冲刷的发生机理,对五组由均匀颗粒组成的土层间的接触冲刷现象进行了颗粒流数值模拟.数值模拟结果表明,当细粒层的有效直径与粗粒层的有效孔隙直径之比大于0.50时,两土层间不会发生接触冲刷.当两土层发生接触冲刷时,接触面处的细颗粒会被水流带起从粗颗粒孔隙中冲出,随着细颗粒流失量的增加,上层粗颗粒逐渐下沉,渗透流速逐渐增加.

摘要： 为研究隧道施工条件下土层的沉降规律,通过开发颗粒流程序建立了隧道-土体颗粒流数值模型,模拟砂土地层隧道施工过程中土层沉降.通过数值模拟分析了地层损失率、隧道埋深和半径对模拟结果的影响规律.结果表明:砂土中隧道施工引起的土体沉降量与土层距隧道拱顶的距离成反比,且随着地层损失率的增加,土拱效应发挥越明显,土层剪应变率则呈现由隧道中轴线向两侧逐渐减小、由深层向浅层逐渐展开的分布规律.分析结果可为工程实践中分析砂性土隧道施工引起的土体沉降规律提供理论依据.

摘要： 在泥水加压盾构施工中,压力舱中的泥浆压力通过在开挖面上形成的泥膜平衡开挖地层的土压力和水压力,因此在开挖面上形成良好的泥膜是保持开挖面稳定的关键.通过三维颗粒流程序(PFC3D)模拟了不同密度的泥浆在不同压力差下向不同颗粒级配和孔隙率的砂土地层移动和泥膜的形成情况.模拟结果表明在地层的颗粒级配相同的情况下,孔隙率越小,地层孔径越小,成膜性越好;在地层孔隙率相同的情况下,相比于中砂地层,细砂地层的孔径较小,更容易形成泥膜;在泥浆的颗粒级配相同的情况下,泥浆的密度增加,泥膜的厚度增加;在其它条件相同的情况下,压力差越大,泥膜越薄越致密.泥膜形成的细观机理是泥浆在压力差的作用下,少量泥浆颗粒进入地层,而大部分泥浆颗粒聚集在开挖面的表面形成粘土防渗层.

摘要： 基于流固耦合原理的PFC2D颗粒流数值模拟程序,运用其内置FISHTANK函数库和FISH语言,分别定义流体域的流动方程和压力方程,对灌浆过程中浆液在地层中的扩散过程和形态进行了数值模拟计算,并通过调节PFC命令流中的step、perm参数对不同注浆时间、不同渗透性质土体的注浆过程进行了模拟计算.数值模拟计算表明,随注浆压力的提高,浆液在地层中扩散形式依次由渗透向压密和劈裂方式转变.从理论上对劈裂灌浆的力学机理进行了推导,推导结果与数值模拟结果基本相符.浆液的扩散半径随时间延长不断增大,而劈裂灌浆作用基本在瞬时间完成,与注浆时间关系不大.不同渗透性质的土体,浆液与地基土相互作用的方式有较大区别.结合下坂地水利枢纽工程进行了数值模拟计算,并提出了科学的注浆方案,在现场应用后取得了良好的防渗效果.

摘要： 颗粒温度的有效测量一直都是颗粒流领域研究的技术难点,散斑能见度光谱法(Speckle visibility spectroscopy,SVS)是近年开发的一种研究软物质微观动力学过程的新方法,具有非侵入、时空分辨率高、穿透性好等优点,但到目前为止相关的研究仅停留在实验阶段,这是由于一方面,基于SVS法测量颗粒温度的理论还不够系统,其中一些关键问题还没有很好解决;另一方面,由于对实际测量装置中的一些参数还缺少系统的研究,这就阻碍了该方法成为一种通用的标准颗粒温度测量方法,这样不同的研究结果之间的可比性就比较差.本论文从SVS法的基本理论出发,系统阐述了该技术测量颗粒温度的原理和测量系统.

摘要： 与传统有限单元法相比,物质点法更适合分析大变形问题.本文利用物质点法模拟了颗粒倒塌的过程,并与实验结果进行对比.

摘要： 微波喷动床集微波与喷动床的优点为一体,可对大颗粒物料实现快速干燥.但在微波干燥设备的设计中,提高微波加热的均匀性及微波能的利用是其工业化应用的努力方向.本文基于微波腔内电场分布的均匀性和较高的微波能利用率对微波喷动床结构进行模拟设计.为了实现良好的喷动效果,采用实验方法对腔内颗粒流的动力学特性进行研究.结果表明:当喷动床尺寸为300×300×800mm,波导位置H=300mm时,腔内场强分布均匀性最好,电场能量较大,能量利用率较高且局部电场积聚现象较弱,单颗粒一次循环所需要的时间为5.7s,颗粒的喷动效果良好.

摘要： 本发明公开了一种用于从气体流中去除可溶颗粒物的方法，诸如从尿素生产设备的精整区段的废气中去除尿素粉尘。所述方法包括使用水性骤冷液体使废气经受至少两个骤冷阶段。第一上游骤冷阶段中使用的骤冷液体相较于第二下游骤冷阶段中的骤冷液体含有更高浓度的溶解颗粒物。将骤冷后的气体引导穿过粒子捕集区，所述粒子捕集区通常包括湿式洗涤器、文丘里洗涤器和湿式静电除尘器中的一者或多者。

摘要： 本发明提供的数字微流控芯片的金纳米颗粒合成方法，将配置的金纳米颗粒反应前驱液移至所述数字微流控芯片上对应的位置，根据所述金纳米颗粒反应前驱液在所述微流控芯片上进行滴液路径设计，所述数字微流控芯片的控制系统根据所述滴液路径进行金纳米颗粒合成，本发明提供的数字微流控芯片的金纳米颗粒合成方法，以电润湿数字微流控芯片为基础，通过对金纳米颗粒合成过程进行程序化，在数字微流控芯片上实现形貌可控的金纳米颗粒的制备，且能够实现多种粒径大小的金纳米颗粒同时制备。

摘要： 本发明公开了一种基于矿岩颗粒体系结构特征的细小颗粒穿流特性研究方法，包括：制备二维循环剪切试验装置；通过制备的循环剪切试验装置，开展颗粒的循环剪切试验；使用图像采集设备，对每次循环剪切运动结束后，循环剪切试验装置内所装填的矿岩颗粒的堆积状态图像进行采集和记录；对采集的图像进行处理，提取所有颗粒的位置和轮廓信息；基于图像处理结果，计算细小颗粒穿流特性参量以及颗粒体系结构表征量；利用相关性分析算法，定量表征颗粒体系结构表征量与细小颗粒穿流特性参量之间的关联性。本发明克服了现有研究手段的不足，能够揭示矿岩颗粒体系结构特征与细小颗粒穿流特性之间的关联机制，为细小矿岩颗粒穿流特性研究提供了一种新的方法。

摘要： 本发明公开了一种用于从气体流中去除可溶颗粒物的方法，诸如从尿素生产设备的精整区段的废气中去除尿素粉尘。所述方法包括使用水性骤冷液体使废气经受至少两个骤冷阶段。第一上游骤冷阶段中使用的骤冷液体相较于第二下游骤冷阶段中的骤冷液体含有更高浓度的溶解颗粒物。将骤冷后的气体引导穿过粒子捕集区，所述粒子捕集区通常包括湿式洗涤器、文丘里洗涤器和湿式静电除尘器中的一者或多者。

摘要： 本发明公开了一种基于矿岩颗粒体系结构特征的细小颗粒穿流特性研究方法，包括：制备二维循环剪切试验装置；通过制备的循环剪切试验装置，开展颗粒的循环剪切试验；使用图像采集设备，对每次循环剪切运动结束后，循环剪切试验装置内所装填的矿岩颗粒的堆积状态图像进行采集和记录；对采集的图像进行处理，提取所有颗粒的位置和轮廓信息；基于图像处理结果，计算细小颗粒穿流特性参量以及颗粒体系结构表征量；利用相关性分析算法，定量表征颗粒体系结构表征量与细小颗粒穿流特性参量之间的关联性。本发明克服了现有研究手段的不足，能够揭示矿岩颗粒体系结构特征与细小颗粒穿流特性之间的关联机制，为细小矿岩颗粒穿流特性研究提供了一种新的方法。

摘要： 本发明提供的数字微流控芯片的金纳米颗粒合成方法，将配置的金纳米颗粒反应前驱液移至所述数字微流控芯片上对应的位置，根据所述金纳米颗粒反应前驱液在所述微流控芯片上进行滴液路径设计，所述数字微流控芯片的控制系统根据所述滴液路径进行金纳米颗粒合成，本发明提供的数字微流控芯片的金纳米颗粒合成方法，以电润湿数字微流控芯片为基础，通过对金纳米颗粒合成过程进行程序化，在数字微流控芯片上实现形貌可控的金纳米颗粒的制备，且能够实现多种粒径大小的金纳米颗粒同时制备。

摘要： 本发明公开了一种用于从气体流中去除可溶颗粒物的方法，诸如从尿素生产设备的精整区段的废气中去除尿素粉尘。所述方法包括使用水性骤冷液体使废气经受至少两个骤冷阶段。第一上游骤冷阶段中使用的骤冷液体相较于第二下游骤冷阶段中的骤冷液体含有更高浓度的溶解颗粒物。将骤冷后的气体引导穿过粒子捕集区，所述粒子捕集区通常包括湿式洗涤器、文丘里洗涤器和湿式静电除尘器中的一者或多者。

摘要： 本发明涉及一种用于从受污染颗粒流中去除颗粒的颗粒捕获装置。该装置包括支撑结构、导线发射电极和导向面。导向面在与导线垂直的第一方向上与导线平行地间隔开。导向面具有与导线不同的静电荷，用于提供静电力。支撑结构包括在与导线垂直的第二方向上与导线平行地间隔开的杆。第二方向具有与第一方向相反的分量和与第一方向垂直的分量。杆具有与导线不同的静电荷，用于推进颗粒流，使得颗粒流遵循围绕导线和杆的环状轨迹。

摘要： 本发明提供了一种基于颗粒流微波诱发损伤不规则颗粒数值模拟研究方法，其基本算法是建立规定尺寸的热力耦合数值模型，赋予平行粘接性能，利用编写的FISH语言算法生成圆形颗粒，进而形成基于骨料形状的不规则clump块体，采用“试凑法”建立宏观热力参数与细观热力参数的对应关系，为不同骨料赋予不同的热力细观参数，对不同间断比尺下的微波诱发损伤进行数值模拟研究。本专利所述的研究方法对于采用采用离散单元法对微波诱发损伤的不规则颗粒数值模拟提供了一种新的研究思路。

摘要： 本发明涉及一种用于从受污染颗粒流中去除颗粒的颗粒捕获装置。该装置包括支撑结构、导线发射电极和导向面。导向面在与导线垂直的第一方向上与导线平行地间隔开。导向面具有与导线不同的静电荷，用于提供静电力。支撑结构包括在与导线垂直的第二方向上与导线平行地间隔开的杆。第二方向具有与第一方向相反的分量和与第一方向垂直的分量。杆具有与导线不同的静电荷，用于推进颗粒流，使得颗粒流遵循围绕导线和杆的环状轨迹。