粘性细颗粒在静态床层中的渗流

细颗粒在较大颗粒组成的静态床层中的渗流是许多工业和自然过程的核心。非粘性细颗粒要么穿过床层，要么被捕获，这取决于多种因素，包括颗粒尺寸、摩擦和恢复系数以及尺寸多分散性。在此，我们考虑粘性这一额外因素。我们使用离散元方法模拟粘性细颗粒在重力驱动下通过随机堆积的大颗粒静态床层的渗流过程；细颗粒与床层颗粒相互作用，但彼此之间不相互作用。大颗粒与细颗粒的直径比为 7，这在几何上允许非粘性细颗粒通过大颗粒形成的最窄孔喉，从而可以自由渗流。然而，足够大的粘性和摩擦会导致非几何捕获。当细颗粒由于大粘性、低恢复系数和低碰撞速度而在碰撞后无法反弹，并且随后的任何滚动或滑动都不足以导致分离时，细颗粒就会被捕获。这建立了一个局部相互作用的序列——碰撞、粘附和接触后运动——它决定了一个细颗粒的最终命运。一个结合了每次碰撞的捕获概率和碰撞频率的碰撞模型预测了在碰撞诱导捕获主导的区域中的捕获距离。对于非反弹碰撞，摩擦效应因粘性而增强，并且当足够大时，会阻止细颗粒随后分离。基于力平衡的静态平衡条件预测了细颗粒在接触后是否保持静止。这些结果表明，粘性细颗粒的渗流不仅仅由几何可达性决定，还由可以超越几何预期的颗粒尺度相互作用动力学决定。