颗粒物质体系中的体积分数

颗粒物质的流动行为及其复杂,造成它流动的构形不同,其流动的特征也不同,因此其体积分数也表现异常.本文针对稳定的均匀的多分散颗粒体系,在四种不同的几何构形中的变化规律进行了分析和讨论.     

颗粒材料热力学理论在简单剪切流中的应用

颗粒物质由大量离散的粗大固体颗粒聚集而成,在外界作用下可能发生准静态变形、变形局部化和破坏,直至流动,其中采用固体力学和流体力学对准静态变形和流动开展的研究较为系统,而变形局部化和破坏的研究非常薄弱．分析内部结构演化规律,建立颗粒体系非平衡态热力学,统一描述颗粒体系力学行为是重要的基础研究课题,Granular Solid Hydrodynamics（GSH）理论为该研究提供了基础．本文完善了该理论涉及的颗粒温度表达式,确定了相应参数数值;与动理学理论和离散元模拟一起对恒定体积简单剪切流进行了分析,对比了三种方法得到的正应力与颗粒体积分数的关系,发现由于基本假设的限制,动理学理论只能适用于稀疏颗粒流,而完善后的颗粒体系热力学理论比动理学涵盖范围更广,可以从稀疏体系到密集体系．这样该理论可以连贯地描述颗粒体系准静态变形、变形局部化和破坏,直至流动的力学行为．     

粘性颗粒剪切流垂向分选实验研究

本文利用剪切室研究了粘性颗粒剪切条件下的流动和分选情况,并针对实验现象和结果展开分析和讨论.实验结果表明,相比干颗粒而言,粘性颗粒相互黏结得更紧密,颗粒的流动性减弱,颗粒在流动过程中的浓度分布、应力状况以及分选均会受颗粒流动性减弱的影响.     

颗粒物质剪切流动的类固-液转化特性及相变图的建立

颗粒物质类固-液相态间的转化现象广泛存在于工程地质、自然环境和工业生产等诸多领域,其力学特性在相态转化过程中会发生很大的变化,是目前颗粒物质力学研究的热点和难点.通过对颗粒物质类固-液转化过程中基本力学行为的研究,可建立表征颗粒物质类固-液转化的相变图,揭示类固-液转化的内在机理.颗粒物质的类固-液转化过程可大体分为两种,即阻塞与流动状态的转化,以及在流动过程中类固态与类液态力学行为的转化.本文以周期边界条件下的多分散颗粒系统为研究对象,采用离散单元方法数值模拟了单剪流动过程;分析了在不同体积分数和剪切速率下颗粒系统的平均应力、配位数、净接触时间数、有效摩擦系数、惯性指数和广义Savage数等宏观参数的分布规律;讨论了类固-液转化的内在机理,建立了一个以孔隙率、无量纲剪切应力和无量纲剪切速率为基本变量的相变图.该相变图不仅能够表征出颗粒物质由阻塞向流动状态的转变,同时也能够描述颗粒物质在剪切流动中发生类固-液转化的演化规律.     

颗粒物质分选过程中的速度和角度分布的测量与研究

受颗粒体系混合熵的启发,搭建了基于面阵CCD相机的测量装置,通过金字塔分层光流算法与图像法对均值粒径分别为2.6 mm和1.25 mm的球形颗粒所组成的颗粒系统的分选过程开展了一系列测量,计算得到颗粒体系表面流动层的平均速度与倾斜角,得到如下结论：颗粒体系的总体熵可以描述颗粒分选过程中的细微变化;颗粒体系表面流动层的平均速度受倾斜角的影响,两者表现出正比例关系;在混合颗粒的运动状态为连续雪崩的转速范围内,颗粒体系的总体熵、表面流动层平均速度和倾斜角的变化趋势相一致,说明可以借助平均速度和倾斜角来辅助判断颗粒体系的分选程度。     

非均匀颗粒流动垂向分选实验研究

利用两个半径不同的同心圆筒组成环形流道,在流道上表面安装摩擦板带动颗粒流动,进行非均匀颗粒流动垂向分选实验．该实验方法使颗粒可在环形流道中循环流动,流动速度可调,流动时间不受限制,克服了以往实验中由于流道较短颗粒垂向分选不充分的弊病．实验证实了Savage提出的“空隙填充机制”,小颗粒优先填充于颗粒流动过程中形成的空隙中,逐渐向下层迁移,形成垂向分选．实验结果还表明,快慢速流动两种不同条件下,颗粒垂向分选机制存在本质区别．在颗粒流动速度较小的情况下,颗粒间作用以摩擦为主,颗粒垂向分选的程度取决于颗粒流动过程中随机产生空隙的大小和数量,即主要受“空隙填充机制”控制;随着颗粒流速的加快,颗粒间的碰撞作用加强,碰撞应力逐渐起控制作用,小颗粒空隙填充几率相对减少,部分小颗粒甚至由于碰撞应力作用由下层重新回到上层,导致分选程度下降．     

颗粒流研究最新进展与挑战

本文从颗粒流态出发,探讨颗粒不同流态特征及其转化机制,并分析了颗粒流动过程中的应力本构关系,总结了非均匀颗粒流动特殊分选现象的研究成果,以点带面方式分析颗粒流研究的重要进展.同时,本文还分析了颗粒流研究所面临的挑战.     

流化床烟气脱汞气固两相流动的可视化研究与数值模拟

为了探究流化床烟气脱汞反应器内气固两相的流动过程,通过可视化显形实验对不同主流化风速、床层物料高度、颗粒粒径和活性炭喷口速度下反应器内气固流动的行为和特征进行了研究.通过计算流体动力学方法对气固两相流动过程进行了数值模拟,并与实验进行比较.结果表明,数值模拟具有流动模拟的可靠性.主流化风速增加或颗粒粒径减小,均会加剧气固两相流动的剧烈程度,活性炭喷口气流会造成气固两相的局部湍动,但床层物料高度由于受到壁面与颗粒的摩擦力和内部气泡大小的综合作用,对气固流动行为的影响不显著.     

基于三维离散元法的无钟高炉装料行为

利用三维离散元法建立了无钟高炉布料模型,分析了料罐、旋转溜槽中的颗粒流动行为以及颗粒离开溜槽后的下落轨迹和料堆形成,可视化再现了装料过程.结果发现:炉料在流动过程中始终存在粒度偏析,料罐排料流为漏斗流,小颗粒由于偏析而倾向于后期排出;溜槽倾角对颗粒流动行为和料堆形成影响较大;溜槽内颗粒流由于溜槽旋转而向侧上部偏离和翻动,小颗粒因靠近壁面而位于料流内侧,大颗粒因聚集在溜槽上部而处在料流外侧,炉料颗粒偏析、偏转翻动和速度分布影响下落轨迹;在炉料下落到料面的堆积过程中,大颗粒易于向炉喉中心和边缘偏析,小颗粒因位于料流内侧和渗透作用而分布在堆尖下方且偏向中心侧.结合激光网格炉内测量技术料流轨迹测量结果,验证了模型的适用性.     

直方槽道内两相流动中颗粒的趋壁行为

采用大涡模拟方法研究上行直方槽道中的气粒两相流动过程。模拟结果表明:在流向横截面上气相流动存在明显的二次流现象,预报的气相平均速度与直接数值模拟DN S的结果相吻合。受气相二次流的作用,颗粒在垂直于流动方向存在扩散。模拟了入口横截面上4个典型位置上颗粒的横向扩散,结果表明在直方槽道中心附近的颗粒基本不扩散,而在壁面附近的颗粒存在不同程度的趋壁行为。对颗粒的趋壁速率进行统计发现,颗粒的趋壁速率随粒径的增大而减小,且颗粒的趋壁行为导致颗粒在槽道壁面附近及边角区富集。     

连续流的渐近平均跟踪性质与传递性

对于连续流,引入渐近平均跟踪性质的概念,讨论了具有渐近平均跟踪性质的连续流与一些动力性质的关系.证明了具有渐近平均跟踪性质的连续流是链传递的,且具有渐近平均跟踪性质的Lyapunov稳定的连续流是一个极小流.     

采金船圆形跳汰机脉冲式液压系统分析

分析了采金船圆形跳汰机脉冲式液压系统的工作原理．介绍了交流液压技术及跳汰工艺．并对脉冲式液压系统中蓄能器响应性能进行了研究．     

新形势下科研机构人才流动的知识产权风险及其对策

 探讨了科技人才流动新形势下科研机构知识产权管理、风险预测和控制等面临的新问题、新挑战。分析表明，科研机构可以采取加强知识产权管理、开展知识产权贯标、落实科研人员的各项政策激励、强化科研信息化能力建设、实施人才引进背景调查和知识产权分级培训等一系列措施积极应对人才流动带来的知识产权风险，使科技人才流动与科研机构的知识产权保护管理形成良性互动。     

凿岩台车液压系统流量压力特性分析

从全液压凿岩台车系统工作特性入手,进行液压系统流量、压力匹配运转特性分析,从而找出其可靠的流量和压力匹配范围．通过合理地选择和调节系统最佳流量,提高了凿岩效率,减少了系统各元件的故障率,为全液压凿岩台车系统的合理改进与设计提供了依据．     

泸定县寨子沟泥石流基本特征及危险性评价

泸定县寨子沟泥石流是一条老泥石流沟,为科学评价其发展趋势及危险性,在现场调查的基础上,对该泥石流沟的形成条件、动力学特征及危险性进行了分析评价。结果表明,寨子沟泥石流的形成条件充分,属中度危险泥石流沟,并提出了相应的防治建议。     

马岭油田中一区储层流动单元研究

正确划分储层的流动单元可以深化对储层非均质性的认识,对预测剩余油分布、调整开发方案、提高采收率都具有重要意义.根据流动层带指标、孔隙度、渗透率、泥质含量以及粒度中值等参数,采用神经网络模型,将马岭油田中一区砂岩储层定量划分为4类流动单元;利用该区314口井的测井精细解释成果,研究了延安组Y9,Y10砂岩储层5个油层组连通体的流动单元平面展布状况;结合该地区的实际地质和生产状况,研究了各类流动单元的主要特征;分析了流动单元与储层吸水、产液以及剩余油分布之间的关系.指出流动单元Ⅰ,Ⅱ区仍是油田目前剩余油分布的主要区域,是油田挖潜的主要目标.     

基于动态来流的非稳态虹吸流动控制与优化

建立了具有两类自然动态来流的非稳态虹吸流动模型,利用计算流体动力学(CFD)方法分析来流条件对虹吸式流道性能的影响,得到30组实验数据样本.通过虹吸进口的累积动量分析,发现动态来流条件对非稳态虹吸性能影响较大,使用GA-ANN法对来流条件进行优化,当连续来流和小孔泄流两种来流比例为7∶1时虹吸效果最佳,可为虹吸流道设计及非稳态虹吸流动控制研究提供参考.     

K＋CA型轴流式通风机反转反风量的研究

分析了可直接反转反风Ｋ＋ＣＡ型轴流入通风机的气动性能及反风量的变化规律、后导轮对反风量的影响。     

Some open problems in granular matter mechanics

Granular matter is a large assemblage of solid particles, which is fundamentally different from any other type of matters, such as solid and liquid. Most models presented for granular matter are phenomenological and are only suitable for solving engineering problems. Many fundamental mechanical problems remain open. By analyzing characteristics of internal state structure, we propose that granular matter is intrinsically multiscale, i.e. microscale of particle size, mesoscale of force chain, and macroscale of the bulk of granular matter. The correlations among difference scales would be crucial. The mesoscale force chain network is determined by both particle properties and macroscopic boundary conditions. The evolution of the force the chain network contributes to macroscopic mechanical properties of granular matter. In addition, we discuss the drawbacks in simplifying contact forces in the current models, and the difficulties in analyzing the interaction of interstitial fluid in wet granular matter. As an appropriate application of granular matter, debris flow can be studied with granular matter mechanics; meanwhile, debris flow brings more challenges which certainly motivate future studies on granular matter.