螺旋钻取样中的颗粒动力学
软凝聚态物质
2022-04-21 v1
摘要
从岩土工程应用到太空探索，螺旋钻钻进常被用作土壤采样、仪器安装等的标准工具。聚焦于与旋转钻进过程相关的颗粒流，我们通过实验、数值模拟以及理论分析，研究了螺旋钻钻进在采样效率（定义为取心管内收集的土壤样品质量与其在给定钻进深度下的总体积之比）方面的表现。研究发现旋转与钻进速度之比在采样过程中起关键作用。我们提出了取心通道与排料通道中耦合颗粒流的连续介质模型，以阐明采样过程背后的物理机制。通过与实验结果的对比验证，该连续介质模型为预测螺旋钻钻进性能提供了实用方法。进一步分析表明，钻进过程趋于稳态，两通道中颗粒流速度恒定。在稳态下，采样效率随旋转与钻进速度之比的增大呈线性下降，这可由模型的解析解很好地刻画。解析解还表明，稳态下采样效率与重力无关，这对未来太空任务中的地外采样具有深远意义。
引用
@article{arxiv.2204.09552,
title = {Granular dynamics in auger sampling},
author = {Yajie Feng and Shuo Huang and Yong Pang and Kai Huang and Caishan Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2204.09552},
year = {2022}
}
备注
23 pages, 10 figures