振动颗粒渗流流量与渗孔数目的超线性关系

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多孔介质颗粒渗流不但是复杂的工程问题,同时也是一个复杂的物理输运问题,对其建立清晰的物理过程图像一直是一个科研难题。绝大多数对振动颗粒的输运研究都是让颗粒穿过单一孔,对于颗粒通过多孔筛板的流量研究却少有涉及。本文主要研究垂直振动下的颗粒通过不同几何参数的多孔筛板时其渗流流量与孔数目的关系。实验中定义了5个参量:渗流流量?,筛板上的孔数目N,孔与孔之间的距离w,孔的直径D,颗粒的直径d。实验结果表明,渗流流量与孔数目之间并不总是保持简单的线性关系,而是随着孔径不同而发生变化的。当孔径D与颗粒直径d比值较大时(D/d>4),渗流流量随孔数目N增加线性增加。当孔径与颗粒直径比较小时(D/d<4),渗流流量随孔数目增加幂指数增大,表现出超线性规律。我们计算了不同孔径与颗粒直径比时的幂指数值大小,发现当孔径与颗粒直径越接近时,幂指数值越大。孔间距与孔数目对这个实验结果有着很重大的影响。同时,我们试验了不同尺寸大小的其它材质颗粒,例如不同尺寸的铜球,氧化锆与玻璃球,验证了渗流流量与孔数目之间的幂指数关系只与孔径和颗粒直径的比值有关,与颗粒材料自身属性,渗流孔的具体孔径大小都无关。
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