颗粒流中的冲击力_白光富
落石冲击力的颗粒流计算方法
落石冲击力的颗粒流计算方法摘要：目前我国落石冲击力的计算主要有《铁路工程设计技术手册》推荐方法和《公路路基设计规范( JTJ13-95 ) 》推荐方法两种，但由于其计算的是落石的平均冲击力，其计算值比实际值小几倍甚至上百倍，从而导致了实际工程中被动防护结构的失效。
本文通过对比与实际冲击力较符合的日本道路公团推荐算法的计算值、现场实测值、颗粒流模拟值，得出结论：通过PFC3D颗粒流计算落石冲击力，比公式法更精确，同时适用性也更广。
关键词：落石；冲击力；颗粒流引言珠海主要为剥蚀残丘地貌，再加上雨季台风频繁，因此，边坡的崩塌落石灾害时有发生。
落石冲击力是设置被动防护结构的主要依据，国内求解落石冲击力的方法主要有路基规范法、隧道手册法、杨其新方法等，国外计算方法主要有日本道路协会方法、瑞士方法等。
前两种方法是利用功能原理和冲量定理获得,杨其新法是根据室内试验进行拟合得到的计算公式，日本法和瑞士法是根据现场试验拟合得到的计算公式。
文献[1]对比了各类落石冲击力算法，发现国内几种算法的计算的仅仅是落石中的平均冲击力，从而导致计算出的落石冲击力严重偏小，而日本法和瑞士是基于现场试验所进行拟合得到的，相对来说更精确。
其中特别值得注意的是，规范法的计算结果往往仅是日本法计算结果的几分之一甚至百分之一，从而导致按相关规范所建成防护结构不够安全，常常被落石损坏、从而丧失了保护作用。
从Pichler[2]的现场试验结果来看,与真实落石冲击力符合的最好的算法是日本道路公团法。
但对比发现，日本法比实测值仍小30%—60% ,也就是说，它的计算结果也仅仅是可以参考而已，我们需要寻找更精确的算法。
1PFC3D算法、日本算法和Pichler现场试验结果的对比1.1PFC3D力学原理作为离散元的一种，三维颗粒流程序(Particle Follow Code PFC3D)的理论基础是Cundall [1979]提出的离散单元法，用微观颗粒及颗粒之间的接触关系，模拟宏观物体的物理性质，PFC3D有ball（颗粒）单元和wall（墙）单元，通过ball之间的组合，可以模拟岩土体的弹性模量，内聚力，内摩擦角，泊松比，单轴抗压强度等等；通过wall之间的组合，可以模拟三维地形及相关地形的力学参数，因此，对落石运动可以进行模拟。
LLM-105炸药粒度及形貌对机械感度的影响
为评 估炸 药在机 械 脉 冲作 用 下 的感 度 指 标 ， 具有 重
要 的参考 价值 ［ ２ ］ 。 １ 一 氧一 ２ ， ６ 一 二 氨 基一 ３ ， ５ 一 二硝基 吡嗪 （ Ｌ Ｌ Ｍ一 １ ０ ５ ）
撞 击感 度使 用 Ｇ Ｊ Ｂ ７ ７ ２ Ａ — ｌ ９ ９ ７规 定 ， 使 用撞 击 能量进 行表 征 。摩 擦感度 使用 Ｇ Ｊ Ｂ ３ ３ ４ ７ —９ ８规定 ， 使 用摩 擦能 量进行 表征 。
径分布， 并测 量 了上述两 种方 式得 到的 Ｌ Ｌ Ｍ一 １ ０ ５颗
粒经压 制得 到 的单 质炸 药的机 械感 度数 据 。考 察 了 上述 因素对 机械感 度 的影 响 规律 。
产、 处理 、 存储 、 运输 和类 似的活 动过程 中， 炸药经 常
受 到各种 外部刺 激 （ 如热、 撞击 、 摩擦等） ， 这 可 能会 导 致炸 药的燃烧 或爆轰 ｎ ］ 。而 由于炸药 在上述 过 程 中起 爆 现象 的复杂性 ， 就最 低起 爆 的能量而 言 ， 没 有 绝 对 的感 度指 标 。也 就是 说 ， 感 度 具 有选 择 性 和相 对性 ， 前者 指不 同 的炸 药选 择 性 地 吸 收某 种 起爆 能 量， 后者 则指感 度 只是 表 示 危 险 性 的相 对 程 度 。在 这其 中 ， 机 械感 度 （ 包 括撞击 感度 、 摩擦 感度 ） 测定作
２ 实 验 装 置 与 方 法
２ ． １ 实 验 装 置
感 度试 验使用 Ｂ ＡＭ 感度 仪 ， 该设 备 由机 片 、 电 动机 、 托架及 砝码 等组 成 。Ｉ Ｉ Ｍ一 １ ０ ５颗粒 粒 径使 用 激 光粒 度测 定仪测 定 ， 取 中值粒 径 ｄ ５ ０近 似作 为 平 均粒径 。颗 粒形貌 使用 扫描 电子显 微镜 进行测 量 。
HMX晶体内部孔隙率、缺陷类型及颗粒度对冲击波感度的影响
收稿 日期 ： ０ １ ８ ２ １ ９；修 回 日期 ： ０ １１ 一５ ２ １ －Ｏ２
特性 对 冲击波感 度 的影响规 律 。
２ 实 验 部分
２１ Ｈ ． ＭＸ样 品的制备
．
含 能材 料
Ｗ ＷＷ．ｎｒｅｉ－ ｔｒ ｌ．ｒ ．ｎ ｅ ｅｇｔ ｍａｅｉ ｓ ｏｇ ｃ ｃ ａ
６６ ３
徐 容 ， 洪 珍 ，康 彬 ，李 金 山 ， 明 ，卢 校 军 李 黄 ｂ ｔｈ ｎｔｅ ｓｎｉｖｔ ｆｃ ｓ ｗａ ｏ ｄ ｄ ｅ ｐｏ ｉｅ ［ ∥ ａ ｓ ｈ ｅ ｓ ｉｉ ｏ ａｔ ｘｂ ｎ ｅ ｘ ｌｓ ｓ Ｃ］ ｃ ｏ ｔ ｙ ｖ
大， 冲击波感 度越 低 ； 炸药颗 粒度对 冲击 波感 度有一 些 影 响 ， ２ ６ ０ ｌ 范 围 内 ， 粒 越 小 ， 击波 感 度 在 ０— ５ ｍ ｚ 颗 冲 越低 ； 而外 观形 貌对 冲击波 感度几 乎无 影响 。
致 谢 ： 谢 化 工 材 料 研 究 所 安 全 与 可靠 性 研 究 室 韩 勇 、 艳 丽 感 张
响， 而且 与 晶体特性 等物 理性 质密切 相关 ， 中晶体特 其
性 如材料 纯度 、 粒 内部 空洞 的微观 结构 、 颗 颗粒 表面缺 陷、 颗粒 大小 及分 布 、 颗粒 形状 和表 面光滑 度对 感度 的 影 响非 常显著 。早 期 时候 ， 主要 关 注 颗粒 大小 及 分布
的差别 ， 李洪 珍 等… 油 浸 法 研 究 了 Ｒ 用 ＤＸ的 晶体 特
直是含 能材 料 研 究 工 作 者 比较 关 注 的 问题 。２ ０世
纪８ ０年代 中 期 ， 国科 学 家 Ｍｏ ｌｒ ” 研 究 了 法 ｕａｄ等
波浪对透空式结构物冲击作用的光滑粒子流体动力学数值模拟
局 部 高 度 函数 对 ＶＯＦ方 法 进 行 了修 正 ， 立 了适 建 用 于 规则 波 和随 机波 的波 浪 冲击 数 值模 型 。Ｂ ｏ ｔ ｒ ｄ－
ｋ ｒ［ 基 于 Ｋｌｅｓ ｎ等 Ｌ 的 ＶＯＦ模 型研 究 了 正 ｏ ｂ５ ｅｆｍａ ４ ］
向和斜 向入射 波 及波 流共 同 作用 下 固定导 管架 平 台
了验 证 。
关 键 词 ： 滑粒 子流体 动 力 学 ； 浪冲 击 ； 光 波 数值 水槽
中图分类号 ： ＴＶ１ ９ ２ ３ ． 文献标志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：２ ３４ ９ （０ ２ ０ —１ ３１ ０ ５— １３ ２ １） １ ６ —５ ０
１ 引 言
波浪 对 浪溅 区透 空式 建筑 物 的冲 击作用 是 海岸 和 近海 工 程领 域至 今没 有解 决 的 困难课 题 。近 十多
任 冰 高睿 金 钊 ， 国 玉 ， 永 学 ， ， 王 王
（．大 连 理 工 大学 港 口 、 岸 及 近 海 工 程 国 家 重 点 实 验 室 ， 宁 大 连 １ ６ ２ ） １ 海 辽 １０ ４
摘 要 ： 于 光滑 粒子 流体 动力 学（ Ｐ 方 法 的二 维数 值 波 浪水 槽 模 拟 了规 则 波对 透 空式 结 构 物 的 基 Ｓ Ｈ）
收 稿 日期 ：０ ００ －７ 修 订 日期 ：０ １０—３ ２ １—８２ ； ２ １ －６１ 。
基 金 项 目 ： 家 自然科 学 基 金 资 助 项 目（ １ ７ ０ ０ ５ ９ １ ０ ） 国 ５ １ ９ ３ ；０ ２ ０ １ 。
作者简 介： 冰（ ９２ ， ， 任 １ ７ 一） 女 山东省烟台市人 ， 博士 ， 从事港 口、 海岸及近海工程领域的研究 。Ｅ ｍａｌｂｅ ｛ ｌｔｅ ｕ ｃ － ｉ：ｒｎ￣ｄｕ．ｄ ． ｎ
颗粒物质中的微扰
摘
要 ：介 绍 了容 器 中颗粒 物质 内部 受到局域 微绕 的研 究进展 ，并对微扰 态的性质和 规律做 一
些分析 和讨论 。
关键词 ：颗粒 物质 ；扰 动 ；应 力
中图分 类号 ：０ ４ ３５
文献标识 码 ：Ａ
１ 引 言
颗粒物质 （ 如食盐、煤矿、砂石 ，水泥等）在工农业生产、生活的很多方面都是极其重要 的，由 单个 固体 颗粒组 成 的颗 粒 体系具 有 复杂 的性 质 ，表现 出丰 富的奇 特行 为 －Ｊ ５。容器 中的颗粒 在 振动 条件 下会 发生 流化 、对 流 或形 成 斑 图 ＿ ；颗 粒 物 质在 管 槽 中运 动 时 会发 生 成拱 、阻塞 、或 出现 断 续 流 ＿ ； ３ ４ 众 多的奇 特性质 都来 源于 颗粒 系统 内部力 网结构 和颗 粒 之 间 或颗 粒 与 器壁 问 的摩 擦 力 ］ １ 。力 网结 构 与 ４ 沙堆制备的堆积历史有关… ，温度对颗粒体系运动的影响可以忽略ⅢＪ 。离散态颗粒物质与固态、液态、 气 态有 很大 差别 ，不能用 业 已成熟 的传统 热 力学 和流体 力学方 法来 描述 其性质 。近 年来 ，随着人 们对 颗 粒物质研 究 的不断 深入 ，对颗 粒物 质 的静态行 为 ，振 动行 为 ，流动 特性 以及外 电场 中颗粒 之 间相 互作 用 等 方 面进 行 了实验 研究 、理论 研究 和计 算机模 拟计算 ，取 得 了一些 有意 义 的结 果 ＿ 。例 如颗 粒 物质 中 ３ Ｊ 应 力 的分布 ，这是 一个很 复 杂 的问题 。 当外 界对颗 粒 体 系施 力时 ，颗 粒 内部 力链 会发 生 断裂 和 重 构 Ｊ ， 研 究者 将颗 粒 中受 扰动 的局 域范 围称 为微扰 态 ，微 扰态 的 出现是 由于外 力作 用于沙 堆 ，导致颗 粒沿着 某 些方 向排 列成链 ，使 局部 区域 的颗 粒结 构 发 生重 组 。微 扰 态 的性 质 与外 力 的大 小 和 方 向有 关 ＿ 。对 颗 ６ Ｊ 粒 体系人 为地 、有控 制 的施 加 干扰 ，用 实验方 法研究 颗粒 系统 的变化 行 为 ，有助 于深 入认识 其 内部 的应 力结 构 变化 ，从而 了解颗 粒态 物质 的性 质 。本 文细致 地分 析研 究 了有 关 局域微绕 的两个 实验 ，讨 论实验 现 象和结 果 ，对 进 一步 的研 究 提 出意见 和建议 。
纳米颗粒在空气中的受力分析及动力学演变
纳米颗粒在空气中的受力分析及动力学演变作者：吕玉坤庞广陆卫少科李志超来源：《环球市场信息导报》2014年第11期空气中纳米颗粒物的受力特性在很大程度上决定了颗粒物的迁移、聚合、凝并、破碎及在壁面沉积等物理行为。
纳米颗粒流体两相流与微米级颗粒两相流相比，具有自身的特殊性及复杂性。
该文从微观角度阐述了纳米颗粒在空气中的受力特性，并从颗粒凝并、扩散、沉积特性方面分析了纳米颗粒两相流动力学演变过程，为更好地理解纳米颗粒两相流所涉及的动力学过程提供参考和借鉴。
近些年来，输变电设备外绝缘的污闪事故频繁发生，对电气系统造成了严重的危害。
大气中污秽颗粒在绝缘表面的沉积，是污闪事故产生的前提。
理解大气中污秽颗粒受力特性以及动力学演变过程，对深刻理解其沉积特性，进而采取有效措施，预防输变电设备污闪事故发生，是十分有益的[1]。
目前国内外很多学者从不同角度对不同场合颗粒的受力特性或动力学演变过程进行了研究。
邓志安[2]基于粘性流体力学原理，对油水分离剪切流场中单颗粒和颗粒群的受力特性进行了分析； E.F. Steennis[3]等人研究输电线路绝缘材料中“水树”的形成机理，发现绝缘材料内部水分的吸收及分布的受毛细、渗透、库伦、介电泳等动力学机制控制；Richard W.O'Brien[4]等人对电解质溶液中不带电颗粒的电泳迁移特性进行了研究，结果表明，不带电颗粒由于颗粒边界层中双电层的极化作用，其电泳迁移运动维持时间极短。
事实上，由空气和纳米颗粒（粒径小于1um）组成的纳米颗粒两相流系统中颗粒受力特性以及流体动力学演变过程更为复杂，并且演变过程受控于多尺度、非稳态、各种非线性以及离散相与连续相强耦合等机制。
在一般情况下，大气中纳米颗粒在数量及质量上占绝对优势。
本文将从纳米颗粒两相流系统角度开始，分析空气中纳米颗粒受力特性并从纳米颗粒的凝并特性、扩散特性及沉积特性三方面简要论述其动力学演变，在一定程度上为理解输变电设备污闪事故发生的背后微观机理提供借鉴和参考。
球状固体在颗粒流体中的上升或下降时间研究
球状固体在颗粒流体中的上升或下降时间研究白光富;胡林;陈洪福【期刊名称】《贵州大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(030)003【摘要】To explain the ascending or descending time in brazil nut effect (BNE) or its reverse (RBNE),a simple theoretical model was drawn up.The rise time of a sphere in quasi fluid was investigated,which is composed of particle.The result indicates that the size of intruder and frequency of the vibration source can affect the time apparently.%作者基于流体力学的知识用理论方法研究了球状固体在振动流化的颗粒介质中的上升和下降时间,结果表明颗粒介质与球状固体的尺寸、以及外部振源的频率对物体的上升或下降时间有显著的影响.这对于研究巴西果效应及颗粒中的对流现象的物理机制有一定的参考价值.【总页数】3页(P11-12,17)【作者】白光富;胡林;陈洪福【作者单位】贵州大学理学院,贵州贵阳550025;贵州大学理学院,贵州贵阳550025;贵州大学理学院,贵州贵阳550025【正文语种】中文【中图分类】O345【相关文献】1.牛顿流体中的固体颗粒运动模型分析及应用 [J], 董长银;栾万里;周生田;张琪2.固体颗粒在宾汉流体中的阻力系数与沉降速度 [J], 岳湘安;郝江平3.固体颗粒含量和形状对流体黏度的影响 [J], 安卓卿;张延玲;李琦;郭占成4.固体颗粒和空泡在不可压缩流体中的运动 [J], 刘小兵;程良骏5.含固体颗粒流体旋流场强化传热综合性能实验 [J], 彭德其;罗海松;俞天兰;陈兰伟;吴淑英;韩玉叶因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
振动条件下颗粒的分离现象_汤燕
1 振动分离现象
1.1 竖直振动下的分离
1.1.1 两种混合颗粒的分离
实验发现巴西坚果效应与反巴西坚果效应之间 的转化现象 , Ｈｏｎｇ[ 3] 提出凝聚作用和颗粒温度的概
念试图解释这种现象 .他认为 , 在外部振动下 , 所有
Ｓｃｈｎａｕｔ[ 6] 等人研究了水平振动下 , 颗粒的分离 现象 (图 6).他们用 9种不同直径和密度的颗粒放 入直径为 Ｄ =29ｃｍ的圆盘中 , 盘中填有直径 6ｍｍ、
图 6 水平振动下的分离现象
第 6期
汤 燕 , 等 :振 动条件下颗粒的分离现象
Ｔ[ 4] ｃ
,即
收稿日期 :2007-03-26;修回日期 :2007-10-26 基金项目 :国际合作资助项目 (2007-400112);贵州省省长基金资 助项目 (2006-15);贵州省委组织部 高层次人才特助 项目 (2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ06008);贵州 省研究生创新基金资助项目 (省研工 2006010);贵州省科技厅基金资助项目 (20072003) 作者简介 :汤燕 (1979— ), 女 , 贵州平坝县人 , 贵州大学理学院助教 , 贵州大学理论物理硕士研究生 , 研究方向为颗粒物质 .
χｃ -χ -2.3 ±0.9规律 (大球处于颗粒容器壁位置 ).
图 4 大球在颗粒床中上升和下降 时间随密度比的变化
同时他们还研究了颗粒之间间隙气体对大球向 下运动的影响 .在颗粒床中插入一根细玻璃管 , 连 接一盛水 Ｕ型玻璃管 , 如图 4所示 .这样可通过 Ｕ 型玻璃管两端水位差来表征颗粒床中气压与外界大 气压的差别 .颗粒床中气压随深度的变化情况如图 5所示 [ 5] , 图中给出了振动加速度分别为 3、4、5时 的气压变化情况 , 纵坐标 Δｐ为 Ｕ型玻璃管两端的 水位差 , 横坐标 ｈ为距颗粒床表面的距离 .实验表 明 :气压随深度增加而降低 ;当发生反巴西坚果效应 时 , 颗粒床内部存在一个负气压梯度 , 并且 随 Γ的 增加负气压增大 .改 变振动加 速度和颗 粒床尺寸 时 , 发现当颗粒床中颗粒较大 (大于 5 ｍｍ)时或者 颗粒床颗粒较重时不能发生反巴西坚果效应 .例如 用直径为 0.19 ｍｍ和 0.29 ｍｍ的钢球作为颗粒床 颗粒进行试验时没有发生反巴西坚果效应 .由此可 知 , 当颗粒床中颗粒尺寸较小或较轻时 , 振动使颗粒 流化 , 在颗粒床中形成气压梯度 , 该作用驱动大球向 下运动 , 产生 “反巴西坚果 ”效应 .大球在垂直振动
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Impact force of granule Flow BAI Guangfu，HU Lin，KONG Weishu
（ Department of Physics，College of Science，Guizhou University，Guiyang 550025 ，China）
Abstract： The impact force distribution of granule flow was experimentally studied in a wide channel． The impact forces with different granular radiis and the transit charactristics of an impact force spectrum were investigated． The experimental results indicated that a parabolic curve distribution of impact force occurs in the lateral direction of the channel ，when the granule flow is steady； the impact force decays with increase in sliding distance L； for the granule flow with the same size of particles，the impact force increases with increase in diameter of particle； for the granule flow with different sizes of particles，the impact force increases with increase in mass ratio of different sizes of particles at first，then gradually and exponentially trends towards saturation； there exists an obvious difference between the upedge and the downedge of the impact force spectrum． The results provided a reference for further study on the impact behavior of mudrock flow with different soild phase ratios． Key words： granule flow ； impact； pulse load； transit characteristics 泥石流是斜坡上或沟谷中松散碎屑物质被暴雨或 积雪、 冰川消融水饱和， 在重力作用下流动的一种特殊 洪流， 爆发突然， 历时短暂， 来势凶猛， 破坏力巨大
基金项目： 贵州大学青年基金（ 2010 － 11 ） ； 贵州省省长基金（ 2010 － 5 ） 收稿日期： 2011 － 08 － 25 修改稿收到日期： 2011 － 11 － 29 1983 年生 第一作者 白光富 男， 硕士， 讲师，
第 22 期
白光富等： 颗粒流中的冲击力
129
2
2. 1
实验结果与讨论
混合颗粒流对探针冲击力 0． 003 90 ± 采用直 径 0． 000 70 ± 0． 000 05 m，
0． 000 05 m两种颗粒， 为防止颗粒流出现马鞍形现象， 实验时， 探针距漏斗口 0． 130 0 m。图 2 为两种颗粒按 不同比例 （ 比值为 M 大 ： M 小 ） 混合后的冲击力谱曲线。 从图中看出， 当颗粒较小且为单一颗粒时， 稳定颗粒流 向小颗粒中加入大颗粒后， 力谱 冲击力谱曲线较平稳， 并具有脉动特点， 即颗粒流稳定时， 力谱 变得不稳定， 上分隔出多个线段， 线段上的数据点值相近， 只在线段
颗
粒
流
中
的
冲
击
力
白光富，胡
摘
林，孔维姝
（ 贵州大学 理学院， 贵阳 550025 ）
要： 通过实验研究宽沟道内颗粒流冲击力沿沟道分布与不同半径圆形颗粒冲击力， 及冲击力谱曲线的渡越行
为。结果表明： 颗粒流稳定时， 冲击力在沟道横向呈抛物线形分布； 冲击力随滑移距离 L 的增大而衰减； 单一尺寸颗粒流， 稳定时冲击力随颗粒直径增大而增大； 不同尺寸混合颗粒流， 冲击力随不同尺寸颗粒质量比增大先增加后趋于饱和， 存在 指数关系； 力谱曲线上升沿与下降沿区别明显 。 结果对实验研究不同固相比泥石流冲击特性或泥石流理论提供科学 借鉴。 关键词： 颗粒流； 冲击力； 脉动荷载； 渡越特征 中图分类号： O469． 3 文献标识码： A
Fig． 3 The impact change with
2. 2
颗粒流冲力谱线的渡越特征
颗粒流从开始到稳定再到终止的整个过程中， 力 谱曲线出现渡越行为， 且上升沿与下降 沿 区 别 明 显。 如图 4 所示， 力谱上升沿较陡， 下降沿较平缓， 改变颗 粒流动时间 （ 控制加入堆料场仓的颗粒总量 ） ， 力谱下
［1 ］
过建立泥石流冲击试验模型研究了沟谷泥石流冲击荷 载的变化规律， 并初步建立了泥石流中固液分相冲击 力计算方法。刘传平等
［11 － 12 ］
。
基于“拟流体” 思想， 给出
颗粒冲击力是颗粒在斜面上流动对接触物体的冲击作 ［2 ］ 是泥石流对接触物体产生毁损破坏的主要动力 。 用， 研究颗粒流动力学， 认识自然灾害的形成及演化过程， ［1 － 3 ］ 。 对提高预报能力、 防治水平， 具有重要应用价值 在对沙堆坍塌现象研究中用元胞自动 ［6 ］ 机模型解释沙堆崩塌的自组织现象。 Douady 研究了 沙堆崩塌角与沙堆制作方式的关系。 Hungr 等
DOI:10.13465/ki.jvs.2012.22.004
振 第 31 卷第 22 期 动 与 冲 击 Vol． 31 No． 22 2012
JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK
击力最大， 中轴两侧冲力逐渐减小。 原因为大量颗粒 在相互推挤和自身重力作用下从槽口快速流出后向两 呈现中央厚、 两侧薄现象， 对探针的冲击力中 侧扩散， 央大于两侧。离漏斗口较远处， 颗粒流呈马鞍形分布， 由于实验沟道不够宽， 且漏斗开口较小， 轨道平面较光 滑， 该现象不甚明显。
图3
颗粒冲击力随混合比的变化 different mixture proportion
2． 3
颗粒流中冲力横向分布 在垂直颗粒流方向上沿一直线移动探针到不同位
置， 可得颗粒流中冲力沿沟道横向分布。 如图 5 所示， 颗粒流冲击力在沟道中的分布近似关于颗粒流中央对 称， 颗粒冲击力与距离中央位置满足拟合关系 ：
2 F = F0 + Aexp ｛ － 2 ［ （ x + B ） / C］ ｝ 拟合参数为： F0 = 0 ． 000 98 ， A = 0 ． 223 ， B = 0 ． 000 33 ， C = 6 ． 67 。轴上冲
［7 ］
在颗粒斜槽流实验中测量颗粒流本构关系的实验方 法。尽管对颗粒流有大量研究， 但对颗粒流的很多行 尤其实验方面， 缺少直接的观测数据。 本 为尚不清楚， 文用实验方法研究宽沟道内颗粒流的冲击力沿沟道分 布， 冲击力与不同尺寸颗粒混合比例关系及冲击力谱 曲线的渡越行为。
Bak 等
［4 － 5 ］
图2
不同颗粒混合后的颗粒流冲击力谱
Fig． 2 The spectrum of particle flow consist of different particle
130
振 动 与 冲 击
2012 年第 31 卷
开仍表现出连续性， 但大颗粒因与探针接触个数少， 且单 大颗粒在冲击或离开 个大颗粒冲击力较单个小颗粒大， 时力谱会发生较大变化， 当探针接触的大颗粒未离开， 小 小颗粒流动不足以推动大颗粒运动， 力 颗粒不断交换时， 此过程有脉动特点， 与类似泥石流中阵流现 谱较稳定， ［ 1 ］ 象 类似； 只有大颗粒时的极端情况， 力谱涨落更大。 图 3 为两种尺寸颗粒按不同质量比混合 （ 比值为 M 大 ： M 小 ） 后的冲击力。对同一种比例颗粒流测出稳定 重复 10 次， 再取平均值得到一个点 （ 图 流阶段冲击力， 4 ） 。当 比 值 D = M 大 ： M 小 ＜ 10 ， 颗粒冲击力近似关 系为： F = A + B［ 1 + exp（ D － D0 ） / C］
－6 B = 5 ． 44 × 10 － 3 ， C= 拟合参数为： A = 3 ． 33 × 10 ， 0 ． 345 ， D0 = 0 ． 524 。 即， 随着混合比的增大颗粒冲击力
虽稳定流中力 降沿近似平行。 在混合比较大情况下， 仍具有上升沿较陡， 下降沿 较 平 缓 的 特 谱涨落较大， 点。原因为刚抽开挡板时， 只很少颗粒流在前面， 颗粒 与水流区别明显， 水渠中水流前端 流即刻到达稳定流， 总有一段小于稳定流量； 对颗粒流， 玻璃 被渠道吸收， ， 表面不吸收颗粒物质， 即“不浸润 ” 因此较易达到稳 定； 对下降沿主要是容器中颗粒越来越少， 导致流量越 来越小， 冲击力渐渐变小， 与流体力学中 的 尾 流 较 相 但强度明显变小。 似，
趋于饱和（ 图 3 （ a ） ） ， 进一步增加大颗粒， 冲击力明显 下降（ 图 3 （ b ） ） 。 小颗粒减少， 大颗粒增加， 与探针接 而小颗粒数不断减少， 导致冲击 触的大颗粒数未增加， 力减小。
图4 谱曲线的上升沿和下降沿 Fig． 4 Force spectrum curve of the rise and decline of the along
图1 实验装置示意图 Fig． 1 The experiment device schemes