旋转鼓中浸没颗粒的近乎完整分离

密度驱动的分离现象在简单旋转鼻中已广泛研究，包含多种底物物理。通过改变重粒子密度 $\rho_h$ 与轻粒子密度 $\rho_l$ 以及旋转速度 $\omega$，形成多种对称分离模式。我们在实验中实现了近乎完整的分离，而在相同 $\rho_h$、$\rho_l$ 和 $\omega$ 的干燥条件下则未出现这种现象。进一步地，基于经实验验证的模拟，利用耦合计算流动力学与离散元方法（CFD-DEM），发现混合指数可在有效密度比 $D=(\rho_h-\rho_f)/(\rho_l-\rho_f)$（其中 $\rho_f$ 为流体密度）的广泛参数空间内得到良好预测。具体而言，随着 $D$ 的增大，混合状态向完全分离状态转变，伴随涡旋数量的增加和不对称模式的加剧。当全局雷诺数 $\mathrm{Re}_g$ 增大时，重粒子的涡旋面积随 $D$ 较小而缩小，而轻粒子的涡旋面积逐渐饱和；同时对于较大的 $D$，可在轻粒子区遇到一个涡旋面积持续扩大的新涡旋。这些结果增进了对浸没颗粒系统中分离转变的理解，为各种科学和工程实践提供了新思路。