二维垂直管中颗粒介质的堵流相位转变

我们对颗粒材料在二维垂直管中的堵塞行为进行实验与数值研究。发现二维情况下的堵塞概率的非单调性，与圆柱形垂直管中的结果一致。数值实验表明，堵塞概率与摩擦系数 $\mu$ 以及管径与颗粒直径比 $D/d$ 密切相关。我们在 $2<D/d<3$ 范围内构建了堵塞-流动 $D/d$-$\mu$ 相位图。最后，通过分析颗粒的几何排列并采用简单的力与扭矩分析，我们能够在 $D/d$-$\mu$ 相位图中预测堵塞-流动转变，并更详细地解释所观察到的非单调性的机制。我们表明，对于管道堵塞而言，摩擦介导的力与扭矩平衡是颗粒拱形形成的关键。