二维双孔颗粒流的流量与孔间距的非线性依赖关系

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颗粒流指的是颗粒物质在外部作用和内部应力状态变化时发生的类似于流体的运动状态。在工业上,多孔漏斗流在颗粒材料输运、混合分离等方面具有广泛的应用。在实验研究上,二维多孔颗粒流更易于观察和分析,是三维多孔颗粒流的研究基础。我们设计了可以调节孔洞性质的二维双孔实验体系,在保证连续颗粒流的前提下,固定孔洞的直径,改变两个孔洞之间的距离,测量颗粒流出孔洞的流量。我们发现颗粒流出孔洞的平均流量随着孔洞间距的增大而下降,变化趋势呈现非线性的关系,这说明孔之间的关联对颗粒流量有着明显的影响。随着孔间距的增大,流量下降的趋势逐渐变慢直至平稳。此外,我们还测量了颗粒流动过程中孔洞上方颗粒的密度分布和颗粒流速,发现尽管两孔之间区域的堆积密度随着孔间距的改变发生了变化,但是孔上方颗粒的密度分布和平均密度并没有受到影响;而孔上方颗粒的竖直流速的空间分布受到了孔间距较大的影响,其平均流速随孔间距的增大而减小,减小的趋势与流量的变化趋势相似,证实流量随孔间距的非线性关系主要源自于颗粒速度受到孔间距的影响,发生非线性的变化。从而定性地建立了颗粒流速与流量变化之间的联系。
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