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《东北大学》 2011年
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二元尺寸球的一维和三维振动堆积致密化的实验研究

李超  
【摘要】:本文对二元球形颗粒在一维(1D)和三维(3D)振动条件下的堆积致密化进行了系统的物理实验研究。采用连续振动、整体加料的方式,系统研究了1D和3D振动条件下各参数如振动频率ω,大颗粒体积分数XL,小颗粒与大颗粒的尺寸比r,容器尺寸D等因素对粒子堆积致密化的影响。除实现了不同振动条件下最密堆积结构的获得,还综合对比分析了其所对应的最佳工艺参数及各种因素的影响规律。研究结果表明: (1)无论是在1D振动还是3D振动条件下,振动频率ω对二元粒子堆积致密化的影响规律基本一致,都是二元粒子混合物的堆积密度ρ随ω的增加而升高,达到最大值后,ρ随ω的进一步增加而降低,也就是说在每种情况下都存在一个最佳的振动频率实现粒子的最密堆积,太大或太小的ω都不利于粒子堆积的致密化。对比发现,二元粒子混合物在1D和3D振动条件下实现最密堆积所对应的振动频率分别为ω=130 Rad/s和ω=110 Rad/s。 (2)两种振动条件下,大颗粒的体积分数XL对二元粒子混合物堆积密度的影响也是呈现先上升后下降的趋势,这表明在每种振动条件下都存在一个最佳的XL实现粒子最密的堆积,而且不论是1D振动堆积致密化,还是3D振动堆积致密化,最佳的大颗粒体积分数均对应于XL=0.7左右,体现了大粒子体积分数占优这一规律,这与数值仿真结果一致。 (3)粒子的尺寸比r对两种振动条件下粒子堆积密度的影响也比较显著,实验中采用了四种不同的尺寸比来研究r的影响,r越小,表明粒子之间尺寸相差越大,相同实验条件下所获得的粒子堆积密度就越高。 (4)为了消除有限容器尺寸的影响,实验中使用了五种不同尺寸的容器,结果发现,当其它因素一定时,容器的直径越大,容器壁对二元粒子混合物堆积密度的影响越小,所获得的堆积密度就越高,通过对五种不同尺寸容器中堆积密度的外推,我们得到1D和3D振动条件下无限大容器中粒子的最大堆积密度分别可达0.8294和0.8809,它们都远远超过单一尺寸球在振动条件下所能达到的最大密度0.74。 (5)两种振动条件下所获得的最大密度对应的最佳工艺条件为:1D振动,ω=130Rad/s,XL=0.7,r=0.0654,外推得到的最大密度ρρmax=0.8294;3D振动,ω=110 Rad/s, XL=0.7,r=0.0654,外推得到的最密度ρmax=0.8809. 二元粒子1D和3D振动堆积致密化的研究结果一方面为获得高的堆积密度提供了思路,另一方面物理实验中所获得的致密结构也为数值仿真结果提供了验证,具有重要的理论和实际意义。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O321

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