湿颗粒系统的动力学特性的研究

This project will focus on studying the kinetic properties of wet granular gases. One of the purposes of this project is to theoretically obtain the analytic solution of the capillary cohesion for the wet granular system. Molecular dynamic simulations will be employed to investigate the kinetic properties of the wet granular gasese with continuous size distribution, such as velocity distribution, granular temperature, stress transmission and compaction. Furthermore,the gas-liquid phase change behavior of the wet granular system will be explored.

本项目将理论推导湿颗粒系统的动态液桥力的精确分析解；建立边界驱动下的、粒径呈连续分布的湿颗粒气体的动力学模型，运用分子动力学方法模拟系统随时间演化的动力学行为，揭示系统的速度分布、空间密度分布、能量随时间的衰减行为、颗粒温度、系统的压力、颗粒的分级等暂态特性以及暂态特性对系统参数的依赖关系，并与已有的干燥颗粒系统的理论、模拟及实验结果作比较，给出一定的理论解释；研究湿颗粒气体的类气液相变行为，计算颗粒的气液相分离的相图，并分析相分离发生的条件。本项目对阐释湿颗粒系统的奇特行为,构建湿颗粒系统的理论体系，认识颗粒物质的本质和解决在水利、建筑工程、能源、化工等领域遇到的颗粒物质处理问题有积极意义。

本项目通过研究，推导了湿颗粒间的液桥力的公式，采用离散元方法研究得到了在重力条件下，粒径呈连续分布的湿的混合颗粒气体在受到边界振动下系统的速度分布、空间密度分布、颗粒温度、能量均分失效、颗粒分级等暂态行为特性，否定了速度分布式存在普适的幂律指数关系，得到了这些行为特性与系统参数的依赖关系，找到了决定系统相应暂态行为的关键因素。项目的研究将对单一粒径的湿颗粒气体的特性研究拓展到了粒径呈连续分布的湿颗粒气体系统，使得研究更加接近真实世界的颗粒体系，对解决在实际生活、工业生产中遇到的颗粒物质处理问题有积极意义。项目组还将研究拓展到了微重力环境下，研究得到了在微重力条件下，混合颗粒气体系统的对流行为、颗粒温度、能量均分失效、颗粒分离行为特性，以及这些特性对边壁耗散性的依赖关系，找到了造成相应行为特性的关键因素。这部分研究的结果为解决工业生产中遇到的需调节颗粒混合或分离程度的问题提供了一种便捷的解决方法，可以通过改变盛放颗粒物的容器的材质，即改变容器壁的耗散性，来调节颗粒混合和分离的程度。同时，也为完善复杂颗粒体系的理论框架、准确地对有对流存在的系统的颗粒温度进行定义，有积极意义。项目资助发表了四篇论文，项目组成员多次参加国际国内会议，加强与同行的专家的交流学习。