垂直振动颗粒的受限诱导分离行为.pdf

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1、垂直振动颗粒的受限诱导分离行为杨雪娇2015年1月中图分类号：O469UDC分类号：538.9垂直振动颗粒的受限诱导分离行为作者姓名杨雪娇学院名称物理学院指导教师郑宁副教授答辩委员会主席江兆潭教授申请学位理学硕士学科专业物理学学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月Confinement-inducedhorizontalsegregationinaverticallyshakengranularbedCandidateName：XuejiaoYangSchoolorDepartment:PhysicsFac

2、ultyMentor:Prof.NingZhengChair,ThesisCommittee：Prof.ZhaotanJiangDegreeApplied:MasterofScienceMajor：PhysicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研

3、究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要绝大部分混合颗粒的分聚研究都是针对自由表面的混合颗粒床，对于受限空间振动颗粒的分聚现象却少有涉及。本文主要研究垂直振动下的二元混合颗粒在矩形容器中的受限诱导分离行为，通过控制颗粒床表面上方的自由空间，首次发现了不同于巴西果(BNE)、反巴西果(RBNE)和周期分离(PS)现象的一种分离构型：水平巴西果分离(HBNE)。实验中定义了

4、一个参数d来定量描述颗粒床上方的受限空间：即从矩形容器的底部到颗粒床上方受限硬边界的下表面之间的距离。首先，通过调节d，得到了不同受限情况下的混合颗粒分聚的f相图，从获得的相图中总结发现水平巴西果分离和反巴西果分离随着受限约束程度逐渐增大（减小）而出现消失。其次，在固定振动条件时，通过连续调节参数d，得到了颗粒分离的空间构型的演化过程：反巴西果—水平巴西果分离—巴西果。然后，实验验证了水平巴西果分离(HBNE)现象不具有材料组合偶然性，对于其他材料组合的情况水平分离现象(HBNE)依然存在。最后，实验分析了影响水平

5、巴西果分离(HBNE)的几个因素：（1）密度比和尺寸比。实验两种材料的尺寸比为1:2，密度比在2.55-5.08的范围内，调节合适的振动条件都会出现HBNE现象；对于密度比为1的同种材料，实验发现尺寸比1:2-1:4都没有发现HBNE分离。（2）硬边界。硬边界会影响振动颗粒床上层颗粒的运动状态，实验采用不同的三种硬边界，发现硬边界的材质并不是引起水平巴西果分离(HBNE)的决定因素。（3）气压。通过抽真空研究了HBNE分离构型随气压的变化，发现低气压情况下HBNE分离会消失，这证实了气压或者空气在分离中的重要性。关键词

6、：颗粒；垂直振动；分离；受限空间IAbstractManyexperimentalandtheoreticalstudiesmainlyconcentrateongranularmaterialswithafreeuppersurface.Bycontrast,thestudiesonthesegregationbehaviorsofavibratedgranularmixturewithupper-boundaryconfinementarestilllacking.Thispapermainlystudiesthe

7、confinement-inducedhorizontalsegregationinaverticallyshakengranularbedinarectangularcontainer.Anovelsegregationbehavior,horizontalBrazilnuteffect(HBNE),inthebinarygranularmixtureunderaverticalvibration,isfound,besidesBrazilnuteffect(BNE),ReverseBrazilnuteffect(R

8、BNE),Periodicsegregation(PS).Wedefineagapd,thedistancefromtheconfinedboundarytothecontainerbase,toquantitativelydescribetheextentoftheconfinement.Firstly,bytuningtheg