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受振颗粒“毛细”系统中的对流与有序化

姜泽辉 张峰 郭波 赵海发 郑瑞华

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受振颗粒“毛细”系统中的对流与有序化

姜泽辉, 张峰, 郭波, 赵海发, 郑瑞华

Convection and crystallization in vertically vibrated granular “capillary” systems

Jiang Ze-Hui, Zhang Feng, Guo Bo, Zhao Hai-Fa, Zheng Rui-Hua
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  • 将球形颗粒倒入内径较窄的管状容器时,管壁的曲率会对颗粒的堆积结构产生影响,存在壁效应. 实验表明通过连续的竖直方向的振动,壁效应可以被强化,颗粒可以经由对流由无序排列转变为稳定的同轴筒形“壳层”结构. 每一壳层内,颗粒是二维的六角密堆积, 在这一转变过程中,颗粒堆积率的径向分布由初始的衰减振荡转变为等幅振荡. 分析了堆积率的不均匀性及空气在对流中的作用,以及形成“壳层”结构的动力学过程,对“壳层”结构的稳定性亦进行了讨论.
    The packing structure of identical spheres poured into a narrow cylindrical container will be influenced by the curvature of the container wall. This has been known as the wall effect. Our experiments reveal that under the action of vertical vibration, the wall effect can be enhanced, that the spheres, initially in a random packed state, can be organized through convection into a stable ordered packing consisting of a concentric array of cylindrical "shells" of spheres. In each shell the spheres are hexagonally arrayed. During such a structure transition, the packing density distribution, initially with a damped oscillatory variation along the radial direction, turns into an undamped one. The effects of interstitial air and inhomogeneity in the packing on the convection of particles, and thereby on the dynamics for the formation of "shell" structure, are analyzed. In addition, some discussions on the stability of the "shell" structure are made.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:10974038)资助的课题.
    [1]

    Bao D S, Zhou Y, Zhang Z S, Tang X W 2005 Acta Phys. Sin. 54 1279 (in Chinese) [鲍德松、周 英、张训生、唐孝威2005 物理学报 54 1279]

    [2]

    Zhong J, Peng Z, Wu Y Y, Shi Q F, Lu K Q, Hou M Y 2006 Acta Phys. Sin. 55 6691 (in Chinese) [钟 杰、彭 政、吴耀宇、史庆藩、陆坤权、厚美瑛2006 物理学报 55 6691]

    [3]

    Du X N, Hu L, Kong W Z, Wang W M, Wu Y 2006 Acta Phys. Sin. 55 6488 (in Chinese) [杜学能、胡 林、孔维姝、王伟明、吴 宇 2006 物理学报 55 6488]

    [4]

    Liang X W, Li L S, Hou Z G, Lu Z, Yang L, Sun G, Shi Q F 2008 Acta Phys. Sin. 57 2300 (in Chinese) [梁宣文、李粮生、侯兆国、吕 震、杨 雷、孙 刚、史庆藩 2008 物理学报 57 2300]

    [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, Li X Q, Jiang L, Fu L P, Jiang Y M 2009 Acta Phys. Sin. 58 2090 (in Chinese) [彭 政、李湘群、蒋 礼、符力平、蒋亦民2009 物理学报 58 2090]

    [7]

    Knight J B, Jaege H M, Nagel S R 1993 Phys. Rev. Lett. 70 3728

    [8]

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

    [9]

    Yan X, Shi Q, Hou M, Lu K, Chen C K Phys. Rev. Lett. 91 014302

    [10]

    Miao G, Huang K, Yun Y, Zhang P, Chen W, Wei R 2006 Phys. Rev. E 74 021304

    [11]

    Jiang Z H, Wang Y Y, Wu J 2006 Acta Phys. Sin. 55 4748 (in Chinese) [姜泽辉、王运鹰、吴 晶 2006 物理学报 55 4748]

    [12]

    Risso D, Soto R, Godoy S, Cordero P 2005 Phys. Rev. E 72 011305

    [13]

    Ulrich S, Schroter M, Swinney H L 2007 Phys. Rev. E 76 042301

    [14]

    Evesque P, Rajchenbach J 1989 Phys. Rev. Lett. 62 44

    [15]

    Pouliquen O, Nicolas M, Weidwan P D 1997 Phys. Rev. Lett. 79 3640

    [16]

    Nahmad-Molinari Y, Ruiz-Suarez J C 2002 Phys. Rev. Lett. 89 264302

    [17]

    Carvente O, Ruiz-Suarez J C 2005 Phys. Rev. Lett. 95 018001

    [18]

    Yu A B, An X Z, Zou R P, Yang R Y, Kendall K 2006 Phys. Rev. Lett. 97 265501

    [19]

    Shinbrot T, Khakhar D, McCarthy J J, Ottino J M 1997 Phys. Rev. Lett. 79 829

    [20]

    Shinbrot T, Khakhar D V, McCarthy J J, Ottino J M 1997 Phys. Rev. E 55 6121

    [21]

    Rocke F A 1971 Powder Technol. 4 180

    [22]

    Roblee L H S, Baird R M, Tierny J W 1958 A.I.Ch.E. Journal 4 460

    [23]

    Benenati R F, Brosilow C B 1962 A.I.Ch.E. Journal 8 359

    [24]

    Thadani M C, Peebles F N 1966 Ind. and Eng. Chem. Process Design and Development 5 265

    [25]

    Goodling J S, Vachon R I, Stelpflung W S, Ying S J 1983 Powder Technol. 35 23

    [26]

    Mueller G E 1992 Powder Technol. 72 269

    [27]

    Sederman A J, Alexander P, Gladden L F 2001 Powder Technol. 117 255

    [28]

    Du Toit C G 2008 Nuc. Eng. Des. 238 3073

    [29]

    Suzuki M, Shinmura T, Iimura K 2008 Adv. Powder Technol. 19 183

    [30]

    Bey O, Eigenberger G 1997 Chem. Eng. Sci. 52 1376

    [31]

    Bey O, Eigenberger G 2001 Int. J. Therm. Sci. 40 152

    [32]

    Gtz J, Zick K, Heinen C, Knig T 2002 Chem. Eng. Proc. 41 611

    [33]

    Ziókowska I, Ziókowski D 2001 Chem. Eng. Proc. 40 221

    [34]

    Ziókowska I, Ziókowski D 2005 Chem. Eng. Proc. 44 1167

    [35]

    Jiang Z H, Jing Y F, Zhao H F, Zheng R H 2009 Acta Phys. Sin. 58 5923 (in Chinese) [姜泽辉、荆亚芳、赵海发、郑瑞华 2009 物理学报 58 5923]

    [36]

    Wildman R D, Huntley J M, Parker D J 2001 Phys. Rev. Lett. 86 3304

    [37]

    Talbot J, Viot P 2002 Phys. Rev. Lett. 89 64301

    [38]

    Jiang Z H, Wang Y Y, Wu J 2006 Europhys. Lett. 74 417

    [39]

    Jiang Z H, Liu X Y, Peng Y J, Li J W 2005 Acta Phys. Sin. 54 5692 (in Chinese) [姜泽辉、刘新影、彭雅晶、李建伟 2009 物理学报 54 5692]

    [40]

    Brovchenko I, Oleinikova A 2008 Interfacial and Confined Water (Amsterdam: Elsevier B. V.)

    [41]

    Scott G D 1962 Nature 194 956

  • [1]

    Bao D S, Zhou Y, Zhang Z S, Tang X W 2005 Acta Phys. Sin. 54 1279 (in Chinese) [鲍德松、周 英、张训生、唐孝威2005 物理学报 54 1279]

    [2]

    Zhong J, Peng Z, Wu Y Y, Shi Q F, Lu K Q, Hou M Y 2006 Acta Phys. Sin. 55 6691 (in Chinese) [钟 杰、彭 政、吴耀宇、史庆藩、陆坤权、厚美瑛2006 物理学报 55 6691]

    [3]

    Du X N, Hu L, Kong W Z, Wang W M, Wu Y 2006 Acta Phys. Sin. 55 6488 (in Chinese) [杜学能、胡 林、孔维姝、王伟明、吴 宇 2006 物理学报 55 6488]

    [4]

    Liang X W, Li L S, Hou Z G, Lu Z, Yang L, Sun G, Shi Q F 2008 Acta Phys. Sin. 57 2300 (in Chinese) [梁宣文、李粮生、侯兆国、吕 震、杨 雷、孙 刚、史庆藩 2008 物理学报 57 2300]

    [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, Li X Q, Jiang L, Fu L P, Jiang Y M 2009 Acta Phys. Sin. 58 2090 (in Chinese) [彭 政、李湘群、蒋 礼、符力平、蒋亦民2009 物理学报 58 2090]

    [7]

    Knight J B, Jaege H M, Nagel S R 1993 Phys. Rev. Lett. 70 3728

    [8]

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

    [9]

    Yan X, Shi Q, Hou M, Lu K, Chen C K Phys. Rev. Lett. 91 014302

    [10]

    Miao G, Huang K, Yun Y, Zhang P, Chen W, Wei R 2006 Phys. Rev. E 74 021304

    [11]

    Jiang Z H, Wang Y Y, Wu J 2006 Acta Phys. Sin. 55 4748 (in Chinese) [姜泽辉、王运鹰、吴 晶 2006 物理学报 55 4748]

    [12]

    Risso D, Soto R, Godoy S, Cordero P 2005 Phys. Rev. E 72 011305

    [13]

    Ulrich S, Schroter M, Swinney H L 2007 Phys. Rev. E 76 042301

    [14]

    Evesque P, Rajchenbach J 1989 Phys. Rev. Lett. 62 44

    [15]

    Pouliquen O, Nicolas M, Weidwan P D 1997 Phys. Rev. Lett. 79 3640

    [16]

    Nahmad-Molinari Y, Ruiz-Suarez J C 2002 Phys. Rev. Lett. 89 264302

    [17]

    Carvente O, Ruiz-Suarez J C 2005 Phys. Rev. Lett. 95 018001

    [18]

    Yu A B, An X Z, Zou R P, Yang R Y, Kendall K 2006 Phys. Rev. Lett. 97 265501

    [19]

    Shinbrot T, Khakhar D, McCarthy J J, Ottino J M 1997 Phys. Rev. Lett. 79 829

    [20]

    Shinbrot T, Khakhar D V, McCarthy J J, Ottino J M 1997 Phys. Rev. E 55 6121

    [21]

    Rocke F A 1971 Powder Technol. 4 180

    [22]

    Roblee L H S, Baird R M, Tierny J W 1958 A.I.Ch.E. Journal 4 460

    [23]

    Benenati R F, Brosilow C B 1962 A.I.Ch.E. Journal 8 359

    [24]

    Thadani M C, Peebles F N 1966 Ind. and Eng. Chem. Process Design and Development 5 265

    [25]

    Goodling J S, Vachon R I, Stelpflung W S, Ying S J 1983 Powder Technol. 35 23

    [26]

    Mueller G E 1992 Powder Technol. 72 269

    [27]

    Sederman A J, Alexander P, Gladden L F 2001 Powder Technol. 117 255

    [28]

    Du Toit C G 2008 Nuc. Eng. Des. 238 3073

    [29]

    Suzuki M, Shinmura T, Iimura K 2008 Adv. Powder Technol. 19 183

    [30]

    Bey O, Eigenberger G 1997 Chem. Eng. Sci. 52 1376

    [31]

    Bey O, Eigenberger G 2001 Int. J. Therm. Sci. 40 152

    [32]

    Gtz J, Zick K, Heinen C, Knig T 2002 Chem. Eng. Proc. 41 611

    [33]

    Ziókowska I, Ziókowski D 2001 Chem. Eng. Proc. 40 221

    [34]

    Ziókowska I, Ziókowski D 2005 Chem. Eng. Proc. 44 1167

    [35]

    Jiang Z H, Jing Y F, Zhao H F, Zheng R H 2009 Acta Phys. Sin. 58 5923 (in Chinese) [姜泽辉、荆亚芳、赵海发、郑瑞华 2009 物理学报 58 5923]

    [36]

    Wildman R D, Huntley J M, Parker D J 2001 Phys. Rev. Lett. 86 3304

    [37]

    Talbot J, Viot P 2002 Phys. Rev. Lett. 89 64301

    [38]

    Jiang Z H, Wang Y Y, Wu J 2006 Europhys. Lett. 74 417

    [39]

    Jiang Z H, Liu X Y, Peng Y J, Li J W 2005 Acta Phys. Sin. 54 5692 (in Chinese) [姜泽辉、刘新影、彭雅晶、李建伟 2009 物理学报 54 5692]

    [40]

    Brovchenko I, Oleinikova A 2008 Interfacial and Confined Water (Amsterdam: Elsevier B. V.)

    [41]

    Scott G D 1962 Nature 194 956

  • [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] 郑来运, 赵秉新, 杨建青. 弱Soret效应混合流体对流系统的分岔与非线性演化. 物理学报, 2020, 69(7): 074701. doi: 10.7498/aps.69.20191836
    [3] 程琦, 冉宪文, 刘苹, 汤文辉, Raphael Blumenfeld. 颗粒物质内自旋小球运动行为的数值模拟研究. 物理学报, 2018, 67(1): 014702. doi: 10.7498/aps.67.20171459
    [4] 林茂杰, 常健, 吴宇昊, 徐山森, 魏炳波. 电磁悬浮条件下液态Fe50Cu50合金的对流和凝固规律研究. 物理学报, 2017, 66(13): 136401. doi: 10.7498/aps.66.136401
    [5] 张攀, 赵雪丹, 张国华, 张祺, 孙其诚, 侯志坚, 董军军. 垂直载荷下颗粒物质的声波探测和非线性响应. 物理学报, 2016, 65(2): 024501. doi: 10.7498/aps.65.024501
    [6] 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
    [7] 许聪慧, 张国华, 钱志恒, 赵雪丹. 水平激励下颗粒物质的有效质量及耗散功率的研究. 物理学报, 2016, 65(23): 234501. doi: 10.7498/aps.65.234501
    [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
    [10] 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
    [11] 季顺迎, 李鹏飞, 陈晓东. 冲击荷载下颗粒物质缓冲性能的试验研究. 物理学报, 2012, 61(18): 184703. doi: 10.7498/aps.61.184703
    [12] 毕忠伟, 孙其诚, 刘建国, 金峰, 张楚汉. 双轴压缩下颗粒物质剪切带的形成与发展. 物理学报, 2011, 60(3): 034502. doi: 10.7498/aps.60.034502
    [13] 石玉峰, 许庆彦, 柳百成. 对流作用下枝晶形貌演化的数值模拟和实验研究. 物理学报, 2011, 60(12): 126101. doi: 10.7498/aps.60.126101
    [14] 龙文元, 吕冬兰, 夏春, 潘美满, 蔡启舟, 陈立亮. 强迫对流影响二元合金非等温凝固枝晶生长的相场法模拟. 物理学报, 2009, 58(11): 7802-7808. doi: 10.7498/aps.58.7802
    [15] 孙东科, 朱鸣芳, 杨朝蓉, 潘诗琰, 戴挺. 强制对流和自然对流作用下枝晶生长的数值模拟. 物理学报, 2009, 58(13): 285-S291. doi: 10.7498/aps.58.285
    [16] 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
    [17] 张 航, 郭蕴博, 陈 骁, 王 端, 程鹏俊. 颗粒物质在冲击作用下的堆积分布. 物理学报, 2007, 56(4): 2030-2036. doi: 10.7498/aps.56.2030
    [18] 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
    [19] 刘贵立, 李荣德. ZA27合金晶界处铁、稀土元素的有序化与交互作用. 物理学报, 2006, 55(2): 776-779. doi: 10.7498/aps.55.776
    [20] 胡 林, 杨 平, 徐 亭, 江 阳, 须海江, 龙 为, 杨昌顺, 张 弢, 陆坤权. 颗粒物质中圆棒受到的静摩擦力. 物理学报, 2003, 52(4): 879-882. doi: 10.7498/aps.52.879
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出版历程
  • 收稿日期:  2009-11-02
  • 修回日期:  2009-11-30
  • 刊出日期:  2010-04-05

受振颗粒“毛细”系统中的对流与有序化

  • 1. 哈尔滨工业大学物理系,哈尔滨 150001
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号:10974038)资助的课题.

摘要: 将球形颗粒倒入内径较窄的管状容器时,管壁的曲率会对颗粒的堆积结构产生影响,存在壁效应. 实验表明通过连续的竖直方向的振动,壁效应可以被强化,颗粒可以经由对流由无序排列转变为稳定的同轴筒形“壳层”结构. 每一壳层内,颗粒是二维的六角密堆积, 在这一转变过程中,颗粒堆积率的径向分布由初始的衰减振荡转变为等幅振荡. 分析了堆积率的不均匀性及空气在对流中的作用,以及形成“壳层”结构的动力学过程,对“壳层”结构的稳定性亦进行了讨论.

English Abstract

参考文献 (41)

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