稠密颗粒流中重力与运动学诱导偏析力的统一描述
软凝聚态物质
2021-09-08 v1 流体动力学
摘要
颗粒偏析在涉及流动颗粒材料的自然和工业过程中十分常见。对于不同的边界条件和驱动力，已观察到复杂且看似矛盾的偏析现象。利用离散元方法模拟，我们表明单个颗粒侵入体在不同流动构型中的偏析可以用统一的方式描述。通过在受控速度流动中测量作用于侵入体颗粒上的力（其中重力和流动运动学被独立变化），获得了净偏析力的标度关系。该标度律由两个相加项组成：一个类浮力的重力诱导压力梯度项和一个剪切率梯度项，二者均依赖于颗粒尺寸比。剪切率梯度项反映了一种运动学驱动机制，即较大（较小）的侵入体被推向较高（较低）剪切率区域。该标度关系在壁驱动流、倾斜壁驱动流、竖直料仓流以及斜面自由表面流中无需重新拟合即得到验证。将偏析力与侵入体重量进行比较，可预测偏析方向，结果与多种流动构型的实验和计算结果相符。
引用
@article{arxiv.2103.09386,
title = {A unified description of gravity- and kinematics-induced segregation forces in dense granular flows},
author = {Lu Jing and Julio M. Ottino and Richard M. Lueptow and Paul B. Umbanhowar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.09386},
year = {2021}
}