【摘 要】
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颗粒体系是指大量的直径大于1微米的固体颗粒组成的复杂体系,体系中颗粒之间的非弹性碰撞和摩擦等相互作用导致该体系具有强耗散特性,在这样的一个特殊体系中,存在着许多有趣
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颗粒体系是指大量的直径大于1微米的固体颗粒组成的复杂体系,体系中颗粒之间的非弹性碰撞和摩擦等相互作用导致该体系具有强耗散特性,在这样的一个特殊体系中,存在着许多有趣的现象和复杂的动力学问题,不同外力作用下,颗粒系统能表现出类似于固体、液体和气体的性质.若体系中颗粒分布稀疏且均匀,而且颗粒之间以二体碰撞为主时,该体系被称为“颗粒气体”.具有强耗散性质的复杂颗粒体系内部能量不断损耗,若想要平衡损失,需要通过外力驱动注入能量,初始为均匀分布的颗粒气体,由于涨落原因造成局部的密度偏高,较高的密度则会导致更多的非弹性碰撞发生,因而能量耗散也更加严重,从而导致更多的颗粒聚集,若没有足够的能量注入来抗衡这种耗散行为,颗粒气体内部就会形成高密度的颗粒团簇,这种现象类似于分子气体中压稳分解形成的液滴,这种颗粒气液相分离现象的理论模型成功被分子动力学模拟验证.由于理论和模拟均是在零重力条件下进行的,而在实验室中难以实现零重力的环境.本文主要通过国家微重力实验室(NMLC)落塔装置,以水平振动装有不同尺寸和数目颗粒的样品盒,在短时微重力条件下,成功观察到三维颗粒气体团簇行为,并针对实验可测参数N、Lx得到N-Lx相分离曲线,对比分子动力学模拟结果,获得实验中所采用的不同尺寸的钛颗粒的恢复系数值e(对于直径为2.5mm的钛颗粒恢复系数大于0.8,对于直径为1mm的钛颗粒恢复系数为0.8,对于直径为0.5mm的钛颗粒恢复系数在0.6-0.8之间).三维颗粒气体团簇行为的实验观察对于理解和预测远离平衡态体系的复杂现象具有非常重要的意义,也为实现在零重力环境下颗粒气液两相分离实验奠定基础.
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