风沙运动的计算机模拟

根据风沙运动的特点,建立了基于单颗沙粒动力学的离散颗粒模型,模拟了4000年沙粒在风力作用下静止不动充分发展的全过程,得到的沙床形态以及沙粒运动轨迹与已知实验观测符合很好,有助于理解风沙运动的内在机理。     

氧化锆颗粒系统的动力学体积响应的模拟研究

数值研究了垂直脉冲激励下单分散球形氧化锆颗粒体系的动力学体积响应谱,分析了激励振幅对颗粒体系弛豫过程和体积响应谱的影响。结果发现:1在经历一系列低于临界振幅Γ*的垂直脉冲激励激励后,颗粒系统最终达到一个新的稳态;且达到新稳态所需的弛豫时间τ_0和最终堆积密度ρ_f都取决于外部激励的振幅;2由数值方法得到的氧化锆颗粒系统的体积响应因子的实部存在一个子峰,虚部存在两个子峰,这两个子峰可能代表了颗粒系统在外部激励条件下不同状态的转变点。     

低浓度颗粒流Boltzmann方程的同伦分析方法解

同伦分析方法(homotopy analysis method, HAM)是求解强非线性问题的有力手段. 针对颗粒流的动理学理论中的非线性微分积分方程——?Boltzmann方程, 采用 HAM方法选取局域Maxwell速度分布函数作为初始猜测解, 得到了低浓度颗粒流的Boltzmann方程的一阶近似解, 与传统的Chapman-Enskog方法得到的一阶近似解表达式的结构一致, 初步显示了HAM方法求解Boltzmann方程的有效性, 为一般Boltzmann方程的HAM方法求解奠定了基础.     

颗粒密度对氧化锆颗粒系统的动力学体积响应的影响

通过测量了垂直脉冲激励下不同密度的球形氧化锆颗粒体系的动力学体积响应谱,分析了氧化锆颗粒密度对颗粒体系体积响应谱的影响。结果发现,当经历高于临界幅度Γ*的足够多的脉冲振动后,氧化锆颗粒系统达到了体积分数仅仅依赖激励脉冲幅度Γ0的可逆的、稳定状态。达到稳态的氧化锆颗粒系统的动力学体积响应因子χ~v(Γ0)随脉冲幅度Γ0的变化曲线上存在双峰结构,Γ0大的子峰的相对高度随着氧化锆颗粒密度的减小而增大,暗示该子峰可能起因于颗粒系统内部结构的大规模重排;Γ0小的子峰的相对高度则随着氧化锆颗粒密度的减小而减小,暗示该子峰可能起因于由于边壁附近层中颗粒的局域重排。氧化锆颗粒系统的χ″v(f)曲线存在一个特征峰,随Γ0的减小,峰值弛豫时间τp从18 s增加到36 s,在高的Γ0范围内,τp近似趋近饱和,低的Γ0范围内,τp近似遵循阿伦尼乌斯关系,随1/Γ0呈现指数增长。并且弛豫时间τp随着颗粒密度的增大而减小,密度较大的颗粒系统达到稳态所需的时间更短。     

液态泡沫强制渗流波叠加现象及其能量分析

液态泡沫是大量气泡密集堆积在微量表面活性剂溶液中形成的复杂体系, 探讨其稳定性是近 20 年来泡沫物理研究的重点, 其中渗流(亦即内部微量溶液的流动)对泡沫稳定性的影响已得到深入研究. 基于前期泡沫结构、渗流力学和能量分析等一系列工作, 数值模拟了一维多重渗流波的传播和重叠现象, 发现了波速的线性叠加规律, 这是液态泡沫强制渗流所特有的; 理论分析了渗流波重叠前后黏性耗散和表面能的变化.     

大尺度流域高分辨率河网提取的多叉树耦合方法

大尺度流域分布式水文模型的构建是揭示全球水循环运动机理的重要工具,而流域河网拓扑信息则是分布式水文模型最重要的基础输入之一.针对现有国内外各种软件平台对大尺度流域高分辨率河网提取能力不足的现状,提出了多叉树耦合方法,通过先分块提取、后重新耦合的方式,可以获取全流域一体化的高分辨率河网拓扑信息.该方法不受流域尺度和数据精度的限制,其河网提取过程可充分结合使用现有各种软件平台,适用性很强.将该方法应用到中国西藏境内3.2×104km2的拉萨河流域,实现了9子块河网的一次性集成,共获取147994个坡面单元,平均坡面面积0.22km2,表明了多叉树耦合方法技术可行,并为后续大尺度水文模拟提供了重要的技术支撑.     

考虑非弹性碰撞的低浓度固液两相流动理学模型

用修正的BGK模型模拟粒间非弹性碰撞效应, 用Fokker-Planck扩散算子描述湍流-颗粒作用, 建立了低浓度固液两相流颗粒相的模型动理学方程和宏观水动力学方程组. 运用 Chapman-Enskog迭代法获得动理学方程的二阶近似解, 建立了颗粒相脉动应力和脉动能传导通量的显式本构关系. 建立的动理学模型在颗粒近乎弹性条件下简化为已有的模型, 为固液两相流模拟提供了一个实用模型.     

钒磷玻璃结构弛豫的DMA测量研究

玻璃材料发生屈服和玻璃-液体转变(GLT)之前发生的缓慢结构演化和微观局域暗流的机理至今尚未完全清晰.本文采用动态热机械分析仪系统测量了钒磷二元体系玻璃(V_2O_5-P_2O_5)趋向于玻璃化转变点T_g的动态机械弛豫谱和应力松弛谱,在T_β~483 K和T_ρ~543 K p附近发现了类金属玻璃的α和β结构弛豫和应力松弛行为,结果表明,其与纳米局域钒磷暗流结构的缓慢流动有关.实验首次发现了V_2O_5-P_2O_5玻璃的β弛豫的峰高与驰豫速率符合一定的线性对数关系,即ln(Δ)∞μ-ln(v);基于Wang等人提出的唯像理论模型和稳态流体动力学理论给出了合理的物理图像解释;实验和理论良好符合,进一步证明了V_2O_5-P_2O_5玻璃体系中存在纳米局域钒磷暗流结构及其演化行为的结论.并采用KWW方程的非指数因子β_(KWW)把T_g附近结构演化划分为3个阶段:(1)β_(KWW)0.1 ,纳米局域磷钒分子流体单元区;(2)0.1β_(KWW)0.5 ,纳米局域磷钒微晶暗流区;(3)β_(KWW)0.5 ,宏观流动区.     

基于细观结构的颗粒介质应力应变关系研究

用DEM数值计算了一个颗粒介质的双轴压缩试验, 分析了颗粒介质在等向压缩与剪切过程中颗粒细观结构的变化规律, 推导出一个基于颗粒细观结构变化的颗粒介质屈服函数, 其形式与修正剑桥模型的屈服面相似. 利用该屈服面方程, 可以通过颗粒接点数按接触角整理的分布变化说明在压缩和剪切过程中颗粒介质的屈服特性, 为从颗粒细观结构的变化规律进一步研究颗粒介质的应力-应变特性提供了一个可行的方法.     

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.