自然沙堆积的静止角研究

以塔克拉玛干沙漠西南边缘自然沙丘的沙子为研究对象,对不同粒径的沙采用漏斗法进行沙堆积,并录像记录了沙的堆积过程。将录像处理成图片,用计算软件“CorelDraw”处理,从而得到沙堆静止角和崩塌角随时间和沙粒粒径的变化关系。得出结论：（1）沙堆的静止角随时间呈振荡变化。首先,静止角逐步变大到崩塌角,崩塌后堆积角回到静止极角,然后再增大到崩塌角,如此往复。（2）当粒径小于0.30 mm 时,沙堆崩塌角及崩塌角与静止极小角的差值随沙粒粒径的增大而增大;但当粒径大于0.30 mm 时,其差值随沙粒粒径的增大而减小。（3）崩塌角与静止极角差值的平均值为（4.6±0．6）°。（4）混合沙的崩塌角与静止极角的差值为（5.2±0.3）°。     

随机散粒岩土材料自然堆积2D数值仿真分析

采用散粒随机生成技术构建自然堆积仿真模型,分析散粒不同形态、粒径尺寸及表面粗糙程度对堆积休止角的影响,结果表明:在相同颗粒级配条件下,散粒形态越不规则,自然堆积休止角越大,且随散粒表面粗糙程度增加,休止角增大,孔隙率提高,散粒体流动性降低;通过分析不同特征下散粒的自然堆积休止角,得到散粒表面粗糙度对自然堆积休止角影响最大,形态次之,粒径最小;该方法可推广应用于松散岩土材料的流动、压实等动力学行为的模拟研究.     

中心口锥底料罐中离散颗粒卸料特性的实验与仿真研究

为了研究颗粒物料在中心口圆锥底料罐中的卸料特性,采用离散单元法建立颗粒力学模型,在EDEMTM软件平台上构建半罐模型进行仿真分析,并通过实验来检测其精度。在此基础上进行整罐卸料仿真,研究料罐半锥角、颗粒形状和材质等因素对卸料过程的影响。结果表明,所建的离散单元力学模型和仿真模型比较准确地描述了颗粒卸料过程;随着料罐半锥角的减小,颗粒间的挤压力逐渐增大,颗粒轴向速率逐渐加快,相应缩短了卸料时间;球形颗粒密度越大时,颗粒间挤压力越大,卸料速率也越高;与球形颗粒相比,立方体颗粒间的挤压力更大,其在卸料口处的轴向速率相对较慢,所需卸料时间更多。     

颗粒尺寸对通道内颗粒静止角的影响

通过实验研究颗粒在通道中的崩塌现象，考察固定通道宽度条件下，颗粒直径大小对通道内所堆积颗粒的静止角θr的影响．研究发现静止角θr随颗粒直径d的倒数λ=1／d的增大呈指数衰减趋势．本实验对5种不同直径的颗粒其抬高斜面倾角θ的过程中静止角θr的涨落进行研究，发现静止角θr的涨落随颗粒直径的增大而增大．     

转筒颗粒流崩塌前后的颗粒温度和体积分数测量

转筒中的颗粒流在工业生产中广泛应用,准确描述颗粒流规律对于调控生产中的换热效率和混合效率极为重要,颗粒温度和颗粒体积分数是影响颗粒流的主要参数.本文搭建了基于面阵CCD相机的图像测量装置,以及基于线阵CCD相机的同轴双散斑能见度光谱法(Speckle Visibility Spectroscopy, SVS)测量装置,选取均值粒径为0.5 mm的球形颗粒和等效粒径为0.5 mm的不规则颗粒.通过测量转筒中颗粒体系的侧表面轮廓,计算得到颗粒体系崩塌前后的体积分数.发现在崩塌过程中,球形颗粒体系和不规则颗粒体系都发生膨胀;在崩塌前,不规则颗粒体系发生压缩,而规则颗粒体系不发生压缩.进一步,测量了颗粒体系自由表面上不同位置的颗粒温度δv2.发现球形颗粒与不规则颗粒的崩塌发生在同一个位置;不规则颗粒体系的压缩首先发生在体系上半部分,并且在一个崩塌周期时间内,压缩现象仅发生一次.最后,根据颗粒体系的侧表面轮廓和颗粒温度大小,确定了休止角和特征时间参数,发现球形颗粒体系休止角与崩塌时间的关系与Davidson提出的模型一致,并发现崩塌前不规则颗粒体系的压缩会缩短颗粒的崩塌时间.实验结果揭示的转筒内颗粒流规律,为完善工业生产中颗粒材料流动与传热的控制技术提供参考数据.     

漏斗颗粒流的物理因素影响研究

颗粒物质的流动行为简称颗粒流,它广泛存在于日常生活、工业过程和自然环境的各个方面.颗粒流性质既与颗粒自身的尺寸、形状、表面、密度等物理属性有关,又与通道及出口条件等外部环境有关,颗粒流呈现出丰富的非线性流动现象.虽然颗粒流在工程应用方面已经取得重大研究进展,但迄今尚未有统一描述颗粒流的方程.因此,研究颗粒流对于不同物理因素的响应特性不仅可以拓展对颗粒物质的认识,澄清复杂流体输运中的基础科学问题,还可以为建立本构方程提供思路.鉴于漏斗颗粒流是颗粒流的主要研究方向之一,因此本文主要介绍国内外关于漏斗颗粒流的流量、流动模式、颗粒速度以及颗粒堆积密度分布等随不同物理因素变化的规律,并阐述这些规律的物理机制.文中涉及的漏斗流包括重力场驱动下的竖直漏斗流、倾斜漏斗流以及速度场驱动下的水平漏斗流(传送带).物理参数则有出口尺寸与形状、出口位置与方向、颗粒-颗粒间的摩擦系数、颗粒-漏斗壁间的摩擦系数、颗粒形状、混合颗粒、出口数目及出口间距、外部激励、障碍物、漏斗底部角度等.这些研究结果对于调控颗粒流的流量、提升颗粒材料的输运效率有着重要的参考价值,同时也为后续进一步研究颗粒流的动力学规律提供借鉴.     

颗粒整形后粗骨料特征及其对混凝土性能的影响

以小型球磨机为模拟整形动力来源,研究了颗粒整形后粗骨料基本特征参数的变化规律,并与其应用性能进行关联分析.结果表明:整形过程根据粗骨料颗粒变化情况分为三个阶段:针片状颗粒转换阶段,棱角消除阶段以及颗粒破碎阶段;适当的颗粒整形使粗骨料配制混凝土的流动度有较大提升同时不降低强度,但是过度整形会对流动度和强度产生不利影响;在整形前期,针片状转换造成的堆积密度增加是影响混凝土流动性的关键参数,整形后期,粗骨料颗粒形貌的圆形化是影响混凝土流动性的主要因素;堆积休止角作为综合评价粗骨料颗粒间内摩擦力的参数对于整形后粗骨料与流动性的关联性最为紧密.     

钢板超快速冷却条件下换热实验研究

采用汽雾射流冷却方式,在射流角为0°~60°时,研究了10 mm厚不锈钢板轧后超快速冷却过程中表面射流流动结构、换热区分布和钢板温降规律,分析了倾斜射流对钢板表面热流密度和冷速的影响.结果表明:射流角通过改变钢板表面滞止区和横向流区面积、水流密度、介质流动形态和流动速度,影响钢板表面换热形式和热流密度分布,进而影响超快速冷却冷速;射流角为30°时钢板平均冷速和临界热流密度均达到最大值,分别为146.5℃/s和2.75 MW/m~2.     

基于回转输运试验的煤散料离散元接触参数修正

为获取精确的刮板输送机离散元模拟结果，基于回转输运试验，通过响应面法对煤料的接触参数进行修正.采用Plackett-Burman试验考察接触参数对受力及堆积角的影响，发现煤-钢静摩擦系数、煤-煤摩擦系数具有显著正效应.根据爬坡试验结果，以受力及堆积角为响应值规划Box-Behnken试验，建立受力、堆积角与显著项间的二次回归多项式，以实测数据为目标值求得最佳参数:煤-钢静摩擦系数为0.401，煤-煤静摩擦系数为0.333，煤-煤滚动摩擦系数为0.041.通过不同输运条件下的回转试验验证了参数的准确性，为刮板输送机的离散元研究提供参考.     

六味地黄颗粒流动性的测定及评价

目的：测定六味地黄颗粒的休止角,评价润滑剂及其用量对颗粒流动性的影响。方法：采用注入法测定休止角。结果：六味地黄颗粒中加入滑石粉后测得平均休止角为50.582±4.929,用量为40.3%时的休止角为45.74±0.735 0;加入硬脂酸镁后测得平均休止角为49.24±1.718,用量为0.045%时的休止角为47.94±0.369 6;加入1.61%滑石粉∶硬脂酸镁（5∶1）的休止角为49.95±1.786。结论：六味地黄颗粒中可以用0.045%硬脂酸镁作为润滑剂,用1.61%的滑石粉∶硬脂酸镁（5∶1）则更好。     

砂土堆积试验的组合Clump颗粒离散元模拟

为研究颗粒形状对砂土力学性质的影响,以室内试验结果为基础,采用离散元软件PFC3D模拟了颗粒堆积试验。选取球形度为颗粒形状特征系数,生成一系列球形度为0.33~1.0的Clump颗粒,用PFC软件对颗粒之间分别赋予不同的摩擦系数共模拟了81种试样。通过将模拟结果与室内试验结果对比以验证采用球形度模拟砂土的可行性,探讨了颗粒球形度及摩擦系数对颗粒堆积体宏观响应和细观组构变化的影响。结果表明:组合Clump颗粒试样的最大孔隙比与最小孔隙比与室内实测结果基本一致,验证了该方法的可行性;试样的自然休止角及孔隙率均与颗粒摩擦系数存在正相关关系,平均接触数则随摩擦系数增大而减小;根据颗粒球形度统计结果在离散元中模拟砂土颗粒可直接采用实际颗粒的摩擦系数;该方法对传统散体颗粒的细观模拟研究方法进行了改进,能够弥补离散元中用圆球颗粒模拟不规则颗粒的不足。     

利用石英粉体休止角表征其团聚状态的研究

研究了石英粉体颗粒粒径与休止角的关系,得出摩擦系数与平均粒径 d₅₀ 之间存在线性关系。计算出与摩擦力有关的粒径 d_f,提出了新的团聚参数F(50),定义为 d_f 与 d₅₀ 的比值。以石英砂试样为例对团聚参数进行了实验验证,结果表明粒径越小,团聚参数越大,符合粉体粒径越小团聚程度越大的实际情况,可以很好的表征粉体的团聚程度。     

荆江段二元结构河岸崩塌机理试验研究

为揭示二元结构河岸的崩塌机理,本文采用荆江河岸原型土体为试验材料,开展了上、下荆江二元结构河岸崩塌过程的概化水槽试验,分析了河岸的崩塌过程、机理及崩塌后土体的堆积、分解和输移特点等.试验结果表明:平面滑动破坏在上荆江概化试验中发生频率最高,其崩塌过程包括岸顶竖向拉伸裂隙的出现以及崩塌土体(滑崩体)沿滑裂面的滑动两部分;下荆江概化试验河岸崩塌类型主要为悬臂破坏,发生机理为悬空土块宽度超过其临界值,自身产生的重力矩大于黏土层的抵抗力矩,从而绕中性轴旋转发生崩塌;从试验结果还可看出,上部黏性土层崩塌后大部分土体会暂时堆积在河岸坡脚处,不会被水流立即冲走,在一定时间内对覆盖的近岸河床起到一定保护作用;崩塌后土体在坡脚处呈三角形堆积,其坡度近似等于河岸水下稳定坡比或泥沙水下休止角;堆积土体的体积主要与崩塌土体体积有关,一般占后者的比例在0.38~0.74之间,实际计算中可以按照此比例进行估算.     

界面化学研究河口颗粒物对氮迁移,转化的影响

本文研究了长江河口水在不同站位的细颗粒泥少存在下氨氮的降解动力过程，并从阳离子交换容量以及Ｚｅｔａ电位研究颗粒物的表面性质对氨氮降解的影响。结果表明，Ｚｅｔａ电位与颗粒物表面的凯氮以及氨氮有很好的相关性。而ＣＥＣ越大，颗粒和的对硝化细菌的累积量也越大，有利于水体中氨氮的硝化降解作用，长江口南槽附近的颗粒物ＣＥＣ值高于河口上游，氨氮的降解速率最快。     

平动旋转圆盘内颗粒物质分离现象

采用实验和数值模拟方法研究了单层二元混合颗粒在水平振动条件下的颗粒分离现象.结果表明填充密度对二元颗粒分离有着重要影响.随着填充密度的增加,颗粒团会逐步出现反转和颗粒分离现象.这一研究为揭示颗粒物分离的巴两果效应提供了简单的典型模式.     

正前角金刚石磨粒磨削钛合金仿真与试验研究

为研究正前角金刚石磨粒磨削加工的机理,论证正前角磨削的可行性,采用有限元仿真软件ABAQUS建立单颗金刚石磨粒磨削Ti6Al4V钛合金过程的模型,对比研究不同工艺条件下具有正、负前角的单颗金刚石磨粒磨削过程中磨削力的变化规律.在此基础上,分别针对飞秒激光加工的正前角金刚石磨粒和原始的负前角金刚石磨粒开展钛合金磨削试验,采用测力仪测量磨削力,并将测得的磨削力与仿真结果进行对比;观测磨削加工表面形貌,测量表面粗糙度,将正、负前角磨削时的磨削力、磨削加工表面形貌和表面粗糙度进行对比.结果表明,在单颗金刚石磨粒磨削中,磨削力随着磨削速度的增大而减小,随着磨削深度的增加而增大,随着磨粒前角由负到正而逐渐减小,仿真得到的磨削力与试验结果的变化趋势基本吻合.相比于传统的负前角磨削,正前角金刚石磨粒具备良好的耐磨性,磨削表面磨痕较浅、加工缺陷少,表面粗糙度值降低58％～66％,可有效提高磨削加工表面质量.     

颗粒物质与固体交界面静摩擦系数的测量与分析

颗粒物质与固体界面的摩擦力是当前颗粒物理研究中经常遇到的边界条件,但文献上对其取值有较大分歧。本文实验测量了颗粒物质与不同固体界面的最大静摩擦力,发现界面摩擦均满足达芬奇摩擦定律,且测得的静摩擦系数约在0.17～0.20之间。而材料手册中同样材料的固-固接触摩擦系数高达0.94,这表明一般不能直接用材料手册的摩擦系数值分析讨论与它有关的颗粒问题。     

前角对单晶镍纳米加工影响的分子动力学仿真

应用分子动力学仿真研究了单晶镍的纳米加工过程.通过研究加工力的变化规律,发现加工初期加工力剧烈波动与工件中产生了较大体积的层错结构有关.采用不同前角的刀具进行了一系列加工仿真,结果表明:在刀具前角的增大过程中,加工力及前刀面与切屑之间的摩擦系数逐渐减小;由于前角的增大使刀具对切屑的推挤作用与切屑的整体弯曲减弱,切屑高度增加及切屑中完好的FCC原子比也逐渐增加;工件亚表面的缺陷原子数目逐渐减少,损伤深度也呈减小趋势.采用负前角加工时,工件亚表面损伤较严重,出现了层错四面体结构和LC位错;工件内部高温原子数随刀具前角的增大而逐渐减少,并且工件的温度分布以刀具圆角为中心向工件内部辐射.     

大气颗粒物表面非均相化学反应的显微Raman光谱原位研究

由于大气颗粒物表面非均相化学反应的复杂性,原位观测反应动力学过程对揭示反应机理至关重要.文中通过对NO2在NaCl颗粒物表面反应的原位观测,将显微Raman光谱技术应用于大气颗粒物表面的非均相化学反应原位研究.结果表明:NO2在NaCl颗粒物表面的初始反应几率γ0为8.6×10-5,反应最终在NaCl颗粒物表面形成一层无定形NaNO3的饱和层,阻碍反应继续进行.该方法可以很好地用于大气颗粒物表面非均相化学反应的研究,其1 μm左右的横向空间分辨率对进一步开展单颗粒研究有极大优势,有重要应用价值.     

煤粉壁摩擦特性的实验与模拟

为了研究仓壁材料性质、粒径对煤粉运动壁摩擦角的影响,用Jenike剪切测试仪,测试不同粒径煤试样在不锈钢板、碳钢板、环氧板3种常用仓壁材料上的运动壁摩擦力.结合Jenike松散物料流动理论,探讨了不同粒径煤试样运动壁摩擦系数的变化.结果表明:仓壁材料表面的粗糙度越大,煤粉的运动壁摩擦系数越大;材料刚度越大,煤粉的运动壁摩擦系数也越大;水分一定时,煤试样中小粒径煤粉含量越多,壁摩擦系数越大.同时,用离散单元法(DEM)对这一壁摩擦过程进行模拟研究.分析比较模拟结果和实验结果表明:数值模型能够有效模拟实验过程,仓壁材料粗糙度、刚度以及煤粉粒径对壁摩擦系数的影响规律与实验结果相同.