稠密双分散颗粒剪切流中的抗平面偏析与扩散

许多稠密颗粒系统是非单分散的，由不同尺寸的颗粒组成，并在流动过程中根据尺寸发生偏析。这一现象是许多工业和地球物理过程的重要方面，需要可预测的连续介质模型。本文系统研究了流动的稠密双分散颗粒混合物中偏析与扩散的三维性质的一个关键方面——即沿剪切平面垂直方向作用的偏析与扩散，我们称之为抗平面偏析与扩散模式。为此，我们考虑了在一种理想化构型中，对稠密摩擦球体双分散混合物流动进行的离散元方法(DEM)模拟，该构型隔离了抗平面偏析与扩散。我们发现，先前开发的、根据偏析和扩散过程均发生在剪切平面内的流动的DEM模拟结果校准的本构方程，无法捕捉抗平面偏析动力学的某些方面。因此，我们利用DEM模拟结果来为抗平面模式下的偏析通量和扩散通量提供信息并校准本构方程。由此得到的抗平面偏析动力学连续介质模型的预测，在不同情况下（同时改变剪切应变率和混合物组成等参数）与额外的DEM模拟结果进行了对比测试，我们发现校准后的模型预测与DEM模拟结果吻合良好。最后，我们提出了一种推广偏析通量和扩散通量本构形式的策略，以获得同时考虑偏析与扩散过程的面内和抗平面模式的三维本构方程。