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剪切盒实验比尺效应的数值模拟研究

单浩音  
【摘要】: 对颗粒流动行为的研究是最近几十年中兴起的一门学科。颗粒流由大量离散固体粒子聚集而成,而其集体行为却和固体、液体和气体有着不同的静动态特性。如粮仓效应,成拱形的应力分布现象,加压膨胀特性和振动分离等。又由于自然界中很多物理现象和自然现象都属于颗粒流范畴,所以研究这一特殊的物质流态会帮助我们加深对自然界的认识,特别是对自然环境灾害的防治。在环境水力学领域,对颗粒流动现象的研究可以为水体中泥沙及悬浮污染物颗粒的运动提供基础理论,从而为了解水体中悬浮污染物质的真实运动规律奠定基础。 目前,在颗粒流的数值模拟方面,二维模型已经取得了长足的进步。借鉴于分子动理论,并从微观的单个颗粒角度出发而开发的模拟程序可在一定程度上反映现实世界中颗粒运动的特征。本文在对比二维数值模拟和物理实验结果的基础上,对剪切盒实验的比尺效应进行了分析。本文主要研究内容和成果如下: 1、利用颗粒流二维数值模拟程序对剪切盒实验进行了模拟。二维数值模拟和物理实验结果显示在两者所揭示的关于颗粒受剪切时的力学特征的变化趋势是一致的。二维数值模拟与物理实验结果在数值上存在一定差异,其原因据分析在于二维数值模拟的简化假设具有先天不足,且数值模拟对颗粒形状的过分简化也是一个不容忽视的原因。


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