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准静态颗粒流流动规律的热力学分析

刘中淼 孙其诚 宋世雄 史庆藩

准静态颗粒流流动规律的热力学分析

刘中淼, 孙其诚, 宋世雄, 史庆藩
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  • 本文分析了颗粒流的介观结构及其特征,提出了颗粒流的双颗粒温度概念Tkin 和Tconf,表征颗粒无序运动和构型无序演化的程度;进而作为非平衡变量,与经典非平衡热力学(classical irreversible thermodynamics,CIT)变量共同构成颗粒流的热力学状态变量集,确定了颗粒流的能量转换规律和熵产生率等,发展了颗粒流双颗粒温度(two granular temperate,TGT)模型. 以体积恒定的简单剪切准静态颗粒流为例,结合离散元模拟(discrete element method,DEM),确定了双颗粒温度模型所需的材料参数,分析了颗粒流发展段的规律和稳恒段的有效摩擦系数.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划项目(批准号:2010CB731504)、国家自然科学基金重点项目(批准号:11034010,51239006)和欧盟Marie Curie国际合作项目(批准号:IRSES-294976)资助的课题.
    [1]

    Forterre Y, Pouliquen O 2008 Annu. Rev. Fluid Mech. 40 1

    [2]

    Tordesillas A, Muthuswamy M, Walsh S 2009 J. Eng. Mech. 134 1095

    [3]

    Sun Q C, Song S X, Liu J G, Fei M L, Jin F 2013 Theor. Appl. Mech. Lett. 3 021008

    [4]

    Jou D, Lebon G, Casas-Vázquez J 2010 Extended Irreversible Thermodynamics (New York:Springer)

    [5]

    Jiang Y M, Liu M 2012 arXiv:1207.1284v1 [cond-mat.soft]

    [6]

    Landau L, Lifshitz E 1987 Fluid Mechanics (2nd edition) (Oxford:Butterworth-Heinemann)

    [7]

    Khalatnikov I 1965 Introduction to the Theory of Superfluidity (New York:Benjamin)

    [8]

    de Gennes P, Prost J 1993 The Physics of Liquid Crystals (Oxford: Clarendon Press)

    [9]

    Sun Q C, Jin F, Liu J G, Zhang G 2010 Modern Phys. B 24 5743

    [10]

    Ichimaru S 1973 Basic Principles of Plasma Physics (New York: Benjamin-Cummings)

    [11]

    Bobylev A V, Potapenko I F, Sakanaka P H 1997 Phys. Rev. E 56 2081

    [12]

    Rat V, Andre P, Aubreton J, Elchinger M F, Fauchais P, Lefort A 2001 Phys. Rev. E 64 026409

    [13]

    Casas-Vázquez J, Jou D 2003 Rep. Prog. Phys. 66 1937

    [14]

    Butler B D, Ayton G, Jepps O G, Evans D J 1998 J. Chem. Phys. 109 6519

    [15]

    Einstein A 1956 Investigations on the theory of the Brownian movement (Dover, NY)

    [16]

    Ogawa S, Umemura A, Oshima N 1980 ZAMP 31 483

    [17]

    Goldhirsch I 2008 Powder Technol. 182 130

    [18]

    Rugh H H 1997 Phys. Rev. Lett. 78 772

    [19]

    Rugh H H 1998 J. Phys. A: Math. Gen. 31 7761

    [20]

    Sun Q C, Wang G Q 2008 Acta Phys. Sin. 57 4667 (in Chinese) [孙其诚, 王光谦 2008 物理学报 57 4667]

    [21]

    Bi Z W, Sun Q C, Liu J G, Jin F, Zhang C H 2011 Acta Phys. Sin. 60 034502 (in Chinese) [毕忠伟, 孙其诚, 刘建国, 金峰, 张楚汉 2011 物理学报 60 034502]

    [22]

    Song S X, Sun Q C, Fei M L, Jin F, Zhang C H 2013 Sci. China 43 81 (in Chinese) [宋世雄, 孙其诚, 费明龙, 金峰, 张楚汉 2013 中国科学 43 81]

    [23]

    Ji S Y, Sun Q C, Yan Y 2011 Sci. China 41 1 (in Chinese) [季顺迎, 孙其诚, 严颖 2011 中国科学 41 1]

    [24]

    Sun Q, Jin F, Zhou G D 2013 Granular Matter 15 119

    [25]

    Zheng H P, Jiang Y M, Fu L P 2012 Acta Phys. Sin 61 214502 (in Chinese) [郑鹤鹏, 蒋亦民, 彭政, 符力平 2012 物理学报 61 214502]

    [26]

    Hatano T 2010 J Physics: Conf Series 258 012006

    [27]

    Edwards S F, Oakeshott R B S 1989 Physica A 157 1080

    [28]

    Pica Ciamarra M, Richard P, Schröter M, Tighe B P 2012 Soft Matter 8 9731

  • [1]

    Forterre Y, Pouliquen O 2008 Annu. Rev. Fluid Mech. 40 1

    [2]

    Tordesillas A, Muthuswamy M, Walsh S 2009 J. Eng. Mech. 134 1095

    [3]

    Sun Q C, Song S X, Liu J G, Fei M L, Jin F 2013 Theor. Appl. Mech. Lett. 3 021008

    [4]

    Jou D, Lebon G, Casas-Vázquez J 2010 Extended Irreversible Thermodynamics (New York:Springer)

    [5]

    Jiang Y M, Liu M 2012 arXiv:1207.1284v1 [cond-mat.soft]

    [6]

    Landau L, Lifshitz E 1987 Fluid Mechanics (2nd edition) (Oxford:Butterworth-Heinemann)

    [7]

    Khalatnikov I 1965 Introduction to the Theory of Superfluidity (New York:Benjamin)

    [8]

    de Gennes P, Prost J 1993 The Physics of Liquid Crystals (Oxford: Clarendon Press)

    [9]

    Sun Q C, Jin F, Liu J G, Zhang G 2010 Modern Phys. B 24 5743

    [10]

    Ichimaru S 1973 Basic Principles of Plasma Physics (New York: Benjamin-Cummings)

    [11]

    Bobylev A V, Potapenko I F, Sakanaka P H 1997 Phys. Rev. E 56 2081

    [12]

    Rat V, Andre P, Aubreton J, Elchinger M F, Fauchais P, Lefort A 2001 Phys. Rev. E 64 026409

    [13]

    Casas-Vázquez J, Jou D 2003 Rep. Prog. Phys. 66 1937

    [14]

    Butler B D, Ayton G, Jepps O G, Evans D J 1998 J. Chem. Phys. 109 6519

    [15]

    Einstein A 1956 Investigations on the theory of the Brownian movement (Dover, NY)

    [16]

    Ogawa S, Umemura A, Oshima N 1980 ZAMP 31 483

    [17]

    Goldhirsch I 2008 Powder Technol. 182 130

    [18]

    Rugh H H 1997 Phys. Rev. Lett. 78 772

    [19]

    Rugh H H 1998 J. Phys. A: Math. Gen. 31 7761

    [20]

    Sun Q C, Wang G Q 2008 Acta Phys. Sin. 57 4667 (in Chinese) [孙其诚, 王光谦 2008 物理学报 57 4667]

    [21]

    Bi Z W, Sun Q C, Liu J G, Jin F, Zhang C H 2011 Acta Phys. Sin. 60 034502 (in Chinese) [毕忠伟, 孙其诚, 刘建国, 金峰, 张楚汉 2011 物理学报 60 034502]

    [22]

    Song S X, Sun Q C, Fei M L, Jin F, Zhang C H 2013 Sci. China 43 81 (in Chinese) [宋世雄, 孙其诚, 费明龙, 金峰, 张楚汉 2013 中国科学 43 81]

    [23]

    Ji S Y, Sun Q C, Yan Y 2011 Sci. China 41 1 (in Chinese) [季顺迎, 孙其诚, 严颖 2011 中国科学 41 1]

    [24]

    Sun Q, Jin F, Zhou G D 2013 Granular Matter 15 119

    [25]

    Zheng H P, Jiang Y M, Fu L P 2012 Acta Phys. Sin 61 214502 (in Chinese) [郑鹤鹏, 蒋亦民, 彭政, 符力平 2012 物理学报 61 214502]

    [26]

    Hatano T 2010 J Physics: Conf Series 258 012006

    [27]

    Edwards S F, Oakeshott R B S 1989 Physica A 157 1080

    [28]

    Pica Ciamarra M, Richard P, Schröter M, Tighe B P 2012 Soft Matter 8 9731

  • [1] 孙其诚. 颗粒介质的结构及热力学. 物理学报, 2015, 64(7): 076101. doi: 10.7498/aps.64.076101
    [2] 彭政, 蒋亦民, 刘锐, 厚美瑛. 垂直振动激发下颗粒物质的能量耗散. 物理学报, 2013, 62(2): 024502. doi: 10.7498/aps.62.024502
    [3] 何菲菲, 彭政, 颜细平, 蒋亦民. 振动颗粒混合物中的周期性分聚现象与能量耗散. 物理学报, 2015, 64(13): 134503. doi: 10.7498/aps.64.134503
    [4] 余田, 张国华, 孙其诚, 赵雪丹, 马文波. 垂直振动激励下颗粒材料有效质量和耗散功率的研究. 物理学报, 2015, 64(4): 044501. doi: 10.7498/aps.64.044501
    [5] 胡国琦, 张训生, 鲍德松, 唐孝威. 二维颗粒流通道宽度效应的分子动力学模拟. 物理学报, 2004, 53(12): 4277-4281. doi: 10.7498/aps.53.4277
    [6] 史庆藩, 彭 政, 吴耀宇, 陆坤权, 厚美瑛, 钟 杰. 二维颗粒流从稀疏态到密集态的临界转变. 物理学报, 2006, 55(12): 6691-6696. doi: 10.7498/aps.55.6691
    [7] 徐光磊, 胡国琦, 张训生, 鲍德松, 陈 唯, 厚美瑛, 陆坤权. 通道宽度和初始流量对颗粒稀疏流-密集流转变临界开口的影响. 物理学报, 2003, 52(4): 875-878. doi: 10.7498/aps.52.875
    [8] 杨先清, 贾燕, 邓敏, 郭海萍, 唐刚, 刘甫. 垂直振动颗粒混合气体的振荡现象研究. 物理学报, 2010, 59(2): 1116-1122. doi: 10.7498/aps.59.1116
    [9] 黄德财, 孙 刚, 厚美瑛, 陆坤权. 颗粒速度在颗粒流稀疏流-密集流转变中的作用. 物理学报, 2006, 55(9): 4754-4759. doi: 10.7498/aps.55.4754
    [10] 黄德财, 胡凤兰, 邓开明, 吴海平. 开口角度对二维颗粒流稀疏流-密集流转变的影响. 物理学报, 2010, 59(11): 8249-8254. doi: 10.7498/aps.59.8249
    [11] 潘北诚, 史庆藩, 孙刚. 颗粒堆准静态崩塌及慢速流动过程中的堆结构研究. 物理学报, 2014, 63(1): 014703. doi: 10.7498/aps.63.014703
    [12] 董源, 过增元. 非平衡热力学中传热过程熵产表达式的修正. 物理学报, 2012, 61(3): 030507. doi: 10.7498/aps.61.030507
    [13] 刘玮书, 张波萍, 李敬锋, 刘 静. 机械合金化合成CoSb3过程中的固相反应机理的热力学解释. 物理学报, 2006, 55(1): 465-471. doi: 10.7498/aps.55.465
    [14] 袁常青, 赵同军, 王永宏, 展 永. 有限体系能量耗散运动的功率谱分析. 物理学报, 2005, 54(12): 5602-5608. doi: 10.7498/aps.54.5602
    [15] 朱攀丞, 边庆勇, 李晋斌. 欧拉圆盘不同能量耗散机理之间的关联. 物理学报, 2015, 64(17): 174501. doi: 10.7498/aps.64.174501
    [16] 王世伟, 朱朋哲, 李瑞. 界面羟基对碳纳米管摩擦行为和能量耗散的影响. 物理学报, 2018, 67(7): 076101. doi: 10.7498/aps.67.20180311
    [17] 梁家源, 滕维中, 薛郁. 宏观交通流模型的能耗研究. 物理学报, 2013, 62(2): 024706. doi: 10.7498/aps.62.024706
    [18] 孙棣华, 康义容, 李华民. 驾驶员预估效应下车流能耗演化机理研究. 物理学报, 2015, 64(15): 154503. doi: 10.7498/aps.64.154503
    [19] 赵晓鹏, 高秀敏, 高向阳, 郜丹军. 固液双相电流变系统流动过程的相转变特性. 物理学报, 2003, 52(2): 405-410. doi: 10.7498/aps.52.405
    [20] 蒋亦民, 刘佑. 颗粒-颗粒接触力的热力学模型. 物理学报, 2018, 67(4): 044502. doi: 10.7498/aps.67.20171441
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-08-20
  • 修回日期:  2013-11-05
  • 刊出日期:  2014-02-05

准静态颗粒流流动规律的热力学分析

  • 1. 北京理工大学物理学院, 北京 100081;
  • 2. 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室, 北京 100084
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划项目(批准号:2010CB731504)、国家自然科学基金重点项目(批准号:11034010,51239006)和欧盟Marie Curie国际合作项目(批准号:IRSES-294976)资助的课题.

摘要: 本文分析了颗粒流的介观结构及其特征,提出了颗粒流的双颗粒温度概念Tkin 和Tconf,表征颗粒无序运动和构型无序演化的程度;进而作为非平衡变量,与经典非平衡热力学(classical irreversible thermodynamics,CIT)变量共同构成颗粒流的热力学状态变量集,确定了颗粒流的能量转换规律和熵产生率等,发展了颗粒流双颗粒温度(two granular temperate,TGT)模型. 以体积恒定的简单剪切准静态颗粒流为例,结合离散元模拟(discrete element method,DEM),确定了双颗粒温度模型所需的材料参数,分析了颗粒流发展段的规律和稳恒段的有效摩擦系数.

English Abstract

参考文献 (28)

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