浓悬浮液自由表面流中颗粒锋面的形成

颗粒锋面是重力驱动的浓悬浮液自由表面流中常见但尚未解释的现象。它们通常被认为是流体对流与颗粒尺寸分离共同作用的结果。然而，由均匀尺寸颗粒组成的悬浮液也会形成颗粒锋面。在大型旋转鼓中，产生了一个静止的回卷雪崩。流动物质是由高岭土-水分散体制得的粘塑性流体与密度大于流体的球形陶瓷颗粒的混合物。目标是模拟许多常见颗粒-流体材料（如新鲜混凝土或泥石流）的组成。在这些材料中，颗粒相与流体相由于颗粒沉降而自然倾向于分离。然而，通过鼓的旋转引起的剪切，发生了相的重组，导致颗粒锋面的形成。通过调节材料特性和鼓速，可以控制这一现象。该设置在数值环境中重现，其中流体由格子玻尔兹曼方法求解，颗粒由离散元方法显式表示。模拟证实了实验的发现，并揭示了内部机制。通过比较颗粒沉降的时间尺度与颗粒回卷的时间尺度，定义了一个无量纲数，并发现其能有效预测颗粒锋面的形成。