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竖直振动管中颗粒的上升运动

张富翁 王立 刘传平 吴平

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竖直振动管中颗粒的上升运动

张富翁, 王立, 刘传平, 吴平

The rising motion of grains in a vibrating pipe

Zhang Fu-Weng, Wang Li, Liu Chuan-Ping, Wu Ping
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  • 通过实验和数值模拟研究了竖直振动管中颗粒的受激运动. 将一直管插入静止的颗粒料层中,并在管内预填充一定高度的颗粒,对直管施加竖直振动. 振动强度较弱时,管内的颗粒在重力作用下向下运动;当振动达到一定的强度时,管内颗粒不下降反而克服重力的作用向上运动,随着振动强度的进一步提高,即使不在管内预填充高于颗粒床层的颗粒,颗粒也会沿着振动管逆重力向上运动. 颗粒的上升高度与运动速度强烈依赖于振动强度. 通过高速相机记录颗粒和直管在单个振动周期内的运动,并结合离散元(DEM)法模拟管内颗粒的受力变化规律,给出了颗粒上升的机理. 此研究对实现散体物料的定向输运提供了一种新方法.
    The rising motion of grains in a vibrating pipe is studied experimentally and by DEM (discrete element method) simulations. A pipe is partially inserted into a static granular layer. With the pipe initially filled with a certain height of grains, when the pipe is set into vertical vibrations, grains in the pipe will rise along the pipe and the motion will be finally stabilized at a certain height. The rising height and the speed of motion are strongly dependent on the vibration strength. By using a high speed camera and through DEM simulation, the trajectory of individual grains and the force acting on the grains in each vibration cycle can be obtained. A force-based mechanism for this rising motion is proposed. During vibrations of the pipe, the grains in the pipe are compacted and loosened alternately, and the force of the pipe and the grains varies periodically, thus leading to the rising motion of grains. A new possible way of continuously transporting grains is presented in this work.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2012CB720406)和国家自然科学基金(批准号:51076010)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the State Key Development Program for Basic Research of China (Grant No. 2012CB720406), and the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51076010).
    [1]

    Jaeger H M, Nagel S R, Behringer R P 1996 Rev. Mod. Phys. 68 1259

    [2]

    Lu K Q, Liu J X 2004 Physics 33 629 (in Chinese) [陆坤权, 刘寄星 2004 物理 33 629]

    [3]

    Miao G Q, Sui L, Wei R J 2001 Phys. Rev. E 63 031304

    [4]

    Saluenaa C, Esipovb S E, Poeschel T, Simonian S S 1998 Proc. SPIE. 3327 19

    [5]

    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]

    [6]

    Peng Z, Jiang Y M, Liu R, Hou M Y 2013 Acta Phys. Sin. 62 024502 (in Chinese) [彭政, 蒋亦民, 刘锐, 厚美瑛 2013 物理学报 62 024502]

    [7]

    Zheng H P, Jiang Y M, Peng Z 2013 Chin. Phys. B 22 040511

    [8]

    Hu M B, Jiang R, Wu Q S 2013 Chin. Phys. B 22

    [9]

    Cai Q D, Chen S Y, Sheng X W 2011 Chin. Phys. B 20 024502

    [10]

    Gallas J A C, Herrmann H J, Sokolowski S 1992 Phys. Rev. Lett. 69 1371

    [11]

    Aoki K M, Akiyama T 1996 Phys. Rev. Lett. 77 4166

    [12]

    Saez A, Vivanco F, Melo F 2005 Phys. Rev. E 72 021307

    [13]

    Akiyama T, Shimomura T 1991 Powder Technol. 66 243

    [14]

    Akiyama T, Shimomura T 1993 Adv. Powder Technol. 4 129

    [15]

    Maeno Y 1996 Physica A 232 27

    [16]

    Tatemoto Y, Niwa Y, Takeshita T 2009 Powder Technol. 192 279

    [17]

    Chen W Z 1995 Acta Phys. Sin. 44 427 (in Chinese) [陈伟中 1995 物理学报 44 427]

    [18]

    Chen W Z 1997 Phys. Lett. A 228 321

    [19]

    Chen W Z, Wei R J 1998 Phys. Lett. A 244 389

    [20]

    Liu C P, Wu P, Zhang F W, Wang L 2013 Appl. Phys. Lett. 102 183507

    [21]

    Zhang G H, Sun Q C, Huang F F, Jin F 2011 Acta Phys. Sin. 60 124502 (in Chinese) [张国华, 孙其诚, 黄芳芳, 金峰 2011 物理学报 60 124502]

    [22]

    Sun Q C, Jin F, Wang G Q, Zhang G H 2010 Acta Phys. Sin. 59 30 (in Chinese) [孙其诚, 金峰, 王光谦, 张国华 2010 物理学报 59 30]

    [23]

    Mindlin R D 1949 J. Appl. Mech. 16 259

    [24]

    Sun Q C, Wang G Q 2009 Introduction to Granular Matter Mechanics (Beijing: Science Press) p16 (in Chinese) [孙其诚, 王光谦 2009 颗粒物质力学导论 (北京: 科学出版社) 第16页]

    [25]

    Yan X Q, Shi Q F, Hou M Y, Lu K Q, Chen Z Q 2003 Physics 32 748 (in Chinese) [阎学群, 史庆藩, 厚美瑛, 陆坤权, 陈志强 2003 物理 32748]

    [26]

    Yan X Q, Shi Q F, Hou M Y, Lu K Q 2003 Phys. Rev. Lett. 91 014302

    [27]

    Pak H K, Van Doorn E, Behringer R P 1995 Phys. Rev. Lett. 74 4643

  • [1]

    Jaeger H M, Nagel S R, Behringer R P 1996 Rev. Mod. Phys. 68 1259

    [2]

    Lu K Q, Liu J X 2004 Physics 33 629 (in Chinese) [陆坤权, 刘寄星 2004 物理 33 629]

    [3]

    Miao G Q, Sui L, Wei R J 2001 Phys. Rev. E 63 031304

    [4]

    Saluenaa C, Esipovb S E, Poeschel T, Simonian S S 1998 Proc. SPIE. 3327 19

    [5]

    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]

    [6]

    Peng Z, Jiang Y M, Liu R, Hou M Y 2013 Acta Phys. Sin. 62 024502 (in Chinese) [彭政, 蒋亦民, 刘锐, 厚美瑛 2013 物理学报 62 024502]

    [7]

    Zheng H P, Jiang Y M, Peng Z 2013 Chin. Phys. B 22 040511

    [8]

    Hu M B, Jiang R, Wu Q S 2013 Chin. Phys. B 22

    [9]

    Cai Q D, Chen S Y, Sheng X W 2011 Chin. Phys. B 20 024502

    [10]

    Gallas J A C, Herrmann H J, Sokolowski S 1992 Phys. Rev. Lett. 69 1371

    [11]

    Aoki K M, Akiyama T 1996 Phys. Rev. Lett. 77 4166

    [12]

    Saez A, Vivanco F, Melo F 2005 Phys. Rev. E 72 021307

    [13]

    Akiyama T, Shimomura T 1991 Powder Technol. 66 243

    [14]

    Akiyama T, Shimomura T 1993 Adv. Powder Technol. 4 129

    [15]

    Maeno Y 1996 Physica A 232 27

    [16]

    Tatemoto Y, Niwa Y, Takeshita T 2009 Powder Technol. 192 279

    [17]

    Chen W Z 1995 Acta Phys. Sin. 44 427 (in Chinese) [陈伟中 1995 物理学报 44 427]

    [18]

    Chen W Z 1997 Phys. Lett. A 228 321

    [19]

    Chen W Z, Wei R J 1998 Phys. Lett. A 244 389

    [20]

    Liu C P, Wu P, Zhang F W, Wang L 2013 Appl. Phys. Lett. 102 183507

    [21]

    Zhang G H, Sun Q C, Huang F F, Jin F 2011 Acta Phys. Sin. 60 124502 (in Chinese) [张国华, 孙其诚, 黄芳芳, 金峰 2011 物理学报 60 124502]

    [22]

    Sun Q C, Jin F, Wang G Q, Zhang G H 2010 Acta Phys. Sin. 59 30 (in Chinese) [孙其诚, 金峰, 王光谦, 张国华 2010 物理学报 59 30]

    [23]

    Mindlin R D 1949 J. Appl. Mech. 16 259

    [24]

    Sun Q C, Wang G Q 2009 Introduction to Granular Matter Mechanics (Beijing: Science Press) p16 (in Chinese) [孙其诚, 王光谦 2009 颗粒物质力学导论 (北京: 科学出版社) 第16页]

    [25]

    Yan X Q, Shi Q F, Hou M Y, Lu K Q, Chen Z Q 2003 Physics 32 748 (in Chinese) [阎学群, 史庆藩, 厚美瑛, 陆坤权, 陈志强 2003 物理 32748]

    [26]

    Yan X Q, Shi Q F, Hou M Y, Lu K Q 2003 Phys. Rev. Lett. 91 014302

    [27]

    Pak H K, Van Doorn E, Behringer R P 1995 Phys. Rev. Lett. 74 4643

  • [1] 于天林, 凡凤仙. 竖直振动激励下颗粒毛细上升行为研究. 物理学报, 2022, 71(10): 104501. doi: 10.7498/aps.71.20212333
    [2] 杜清馨, 孙其诚, 丁红胜, 张国华, 范彦丽, 安飞飞. 垂直振动下干湿颗粒样品的体积模量与耗散. 物理学报, 2022, 71(18): 184501. doi: 10.7498/aps.71.20220329
    [3] 牛晓娜, 张国华, 孙其诚, 赵雪丹, 董远湘. 二维有摩擦颗粒体系振动态密度与玻色峰的研究. 物理学报, 2016, 65(3): 036301. doi: 10.7498/aps.65.036301
    [4] 焦杨, 章新喜, 孔凡成, 刘海顺. 湿颗粒聚团碰撞解聚过程的离散元法模拟. 物理学报, 2015, 64(15): 154501. doi: 10.7498/aps.64.154501
    [5] 赵啦啦, 赵跃民, 刘初升, 李珺. 湿颗粒堆力学特性的离散元法模拟研究. 物理学报, 2014, 63(3): 034501. doi: 10.7498/aps.63.034501
    [6] 吴迪平, 李星祥, 秦勤, 管奔, 臧勇. 离散颗粒层被横向推移过程中的力学行为研究. 物理学报, 2014, 63(9): 098201. doi: 10.7498/aps.63.098201
    [7] 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
    [8] 何克晶, 张金成, 周晓强. 运动物体在颗粒物质中的动力学过程及最大穿透深度仿真研究. 物理学报, 2013, 62(13): 130204. doi: 10.7498/aps.62.130204
    [9] 彭亚晶, 张卓, 王勇, 刘小嵩. 振动颗粒物质“巴西果”分离效应实验和理论研究. 物理学报, 2012, 61(13): 134501. doi: 10.7498/aps.61.134501
    [10] 赵啦啦, 刘初升, 闫俊霞, 蒋小伟, 朱艳. 不同振动模式下颗粒分离行为的数值模拟. 物理学报, 2010, 59(4): 2582-2588. doi: 10.7498/aps.59.2582
    [11] 赵啦啦, 刘初升, 闫俊霞, 徐志鹏. 颗粒分层过程三维离散元法模拟研究. 物理学报, 2010, 59(3): 1870-1876. doi: 10.7498/aps.59.1870
    [12] 姜泽辉, 荆亚芳, 赵海发, 郑瑞华. 振动颗粒物质中倍周期运动对尺寸分离的影响. 物理学报, 2009, 58(9): 5923-5929. doi: 10.7498/aps.58.5923
    [13] 钟文镇, 何克晶, 周照耀, 夏伟, 李元元. 颗粒离散元模拟中的阻尼系数标定. 物理学报, 2009, 58(8): 5155-5161. doi: 10.7498/aps.58.5155
    [14] 梁宣文, 李粮生, 侯兆国, 吕 震, 杨 雷, 孙 刚, 史庆藩. 垂直振动作用下二元混合颗粒分层的动态循环反转. 物理学报, 2008, 57(4): 2300-2305. doi: 10.7498/aps.57.2300
    [15] 彭 政, 厚美瑛, 史庆藩, 陆坤权. 颗粒介质的离散态特性研究. 物理学报, 2007, 56(2): 1195-1202. doi: 10.7498/aps.56.1195
    [16] 姜泽辉, 王运鹰, 吴 晶. 窄振动颗粒床中的运动模式. 物理学报, 2006, 55(9): 4748-4753. doi: 10.7498/aps.55.4748
    [17] 杜学能, 胡 林, 孔维姝, 王伟明, 吴 宇. 颗粒物质内部滑动摩擦力的非线性振动现象. 物理学报, 2006, 55(12): 6488-6493. doi: 10.7498/aps.55.6488
    [18] 姜泽辉, 刘新影, 彭雅晶, 李建伟. 竖直振动颗粒床中的倍周期运动. 物理学报, 2005, 54(12): 5692-5698. doi: 10.7498/aps.54.5692
    [19] 姜泽辉, 李 斌, 赵海发, 王运鹰, 戴智斌. 竖直振动颗粒物厚层中冲击力分岔现象. 物理学报, 2005, 54(3): 1273-1278. doi: 10.7498/aps.54.1273
    [20] 姜泽辉, 陆坤权, 厚美瑛, 陈 唯, 陈相君. 振动颗粒混合物中的三明治式分离. 物理学报, 2003, 52(9): 2244-2248. doi: 10.7498/aps.52.2244
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-08-01
  • 修回日期:  2013-09-12
  • 刊出日期:  2014-01-05

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