颗粒流(particle flow)与颗粒力学(particle mechanics)最新研究进展

 

采用三维颗粒流程序对土工格栅加固的可压碎和不可压碎颗粒土进行了一系列数值三轴剪切试验。比较了可压碎颗粒土和不可压碎颗粒土壤在剪切过程中的宏观行为。此外，还探讨了潜在的宏观-微观联系。主要研究结果如下：颗粒破碎降低了颗粒间的接触力，降低了颗粒土的抗剪强度；土工格栅对颗粒土抗剪强度的加固作用可归因于组构和力各向异性的增加；可压碎土样品的颗粒位移分布比不可压碎土更均匀，可压碎土的剪切带不明显；孔径比为4.4的土工格栅的加固效果最高，因为破碎颗粒的数量和土工格栅变形达到了平衡。

 

 

 

 

颗粒物质是工业中重要的传热介质。密集颗粒绕管流动的传热过程在工业废热和太阳能能量转换方面有重要应用。然而，颗粒热传递过程的快速预测仍然值得研究，特别是当颗粒流动受到摩擦系数的影响时。建立了密相颗粒绕管流动的传热模型，探讨了颗粒尺寸、密度和静摩擦系数对传热特性的影响，建立了考虑静摩擦系数的传热预测方程。结果表明，颗粒尺寸对传热的影响最大。随着颗粒尺寸从2mm 增加到4mm，管道的平均有效传热系数由262.35 W/(m2 · K)下降到217.31 W/(m2 · K)。颗粒密度对传热的影响主要体现在颗粒热容的差异上，而对颗粒的流动影响不大。颗粒静摩擦系数主要通过影响颗粒流的流动状态来影响传热。平均联系数目从63.9减少到38.9。修正后的模型相对误差从8.9% 降低到3.78% 。

 

 

 

 

润湿性是影响多孔介质中流体相空间分布的一个关键参数。了解润湿性对流体在三维多孔介质中分布的影响对于此类介质中涉及多相流的任何现象都至关重要。为了解决这个问题，我们对三维颗粒填充中的两相流进行了广泛的计算机模拟，并研究了通过改变接触角对润湿性的影响。为此，将浸没边界法和流体体积法与离散元素法相结合。考虑了五个接触角，覆盖了整个润湿性范围。我们发现润湿性影响颗粒动力学，如颗粒的位移、接触力和流体速度，流体的破裂也可能发生在孔隙空间中。我们的结果表明，注入系统的侵入流体体积、壁面压力和注入表面随着接触角的增大而减小。最重要的是，增加接触角会减少颗粒间的相互作用，而阻力则表现出相反的趋势，导致颗粒发生更大的位移。我们还证明并强调，润湿性影响的某些方面只能在多孔介质的3D模型中观察到，因此，2D模型是不够的。

 

 

 

 

本研究基于非牛顿流体通过具有传热的均匀通道的两相流。考虑了三级流体的应力张量，将其视为非牛顿流体。两种不同类型的粘性悬浮液分别由微小尺寸的铪和晶体颗粒形成。由于铪金属颗粒的高磁化率，也应用了磁效应。每一个磁流体力学双相流都是由于引力而产生的。利用“正则摄动法”，得到了一组非线性耦合微分方程的渐近解。进行了详细的参数研究，以分析重要参数和数量的有效贡献。由此推断，强磁效应和主要的粘性耗散为多相流引入了额外的热能。此外，高粘性多相悬浮液适用于化学工业中制造这种含有小聚合物颗粒的涂料和乳液。

 

 

 

本研究通过几种新的数据驱动分析方法，即最大地层系数（MIC）、可解释ML和自动ML，从基于机器学习（ML）的流体颗粒流中的中尺度闭合中提取了人类可以理解的见解。先前已经表明，固体体积分数对阻力的影响最大。本研究旨在定量研究流动特性对中尺度阻力修正（Hd）的影响。MIC结果显示特征（即滑移速度（~u*sy）和颗粒体积分数（εs））与标记Hd之间存在很强的相关性。可解释的ML分析证实了这一结论，并将~u*sy、εs和气体压力梯度对模型的贡献分别量化为71.9%、27.2%和0.9%。使用无需选择模型结构和超参数的自动ML进行建模，与我们以前的模型相比提高了预测精度