山体滑坡、泥石流、粮食加工和药品生产等颗粒流动现象广泛存在于自然界和工业过程中,颗粒材料在不同条件下表现出类固-液等不同相态,即使在流动状态下,其行为也与流体明显不同。为了研究颗粒流特性,需要建立一个连续颗粒流动模型。环形库埃特流是将颗粒限制在两个同轴的圆柱筒内,通过内、外筒转动使颗粒产生流动。目前国内外关于环形库埃特颗粒流的研究主要基于内筒转动的形式,由于内筒直径相对较小,产生的颗粒流动区域较窄,为了研究更大范围内环剪颗粒流中的表面流动特性及尺寸分离特性,本文实验装置采用外筒转动,内筒固定的结构。本文主要工作有:1.采用高速摄像技术追踪示踪颗粒在颗粒流表面的运动过程。从外筒转速、颗粒高度和底盘表面粗糙度三个方面研究了环剪颗粒流表层颗粒的环向运动、径向运动及剪切带宽度。研究结果表明,颗粒角速度沿外筒径向呈指数衰减。颗粒的径向运动发生分离现象,在剪切带上出现临界环,随外筒转速增加,临界环不断向外筒靠近,而随着颗粒高度的增大,临界环不断向内筒靠近。底盘表面粗糙度对颗粒的运动具有阻碍作用,这种阻碍作用表现为表面颗粒角速度变小,剪切带宽度变窄以及临界环在剪切带上的位置向外筒靠近。2.采用高速摄像技术追踪空心铁球在颗粒流表层的上浮过程来研究环剪颗粒流中的尺寸分离特性。从外筒转速、空心铁球的几何尺寸、初始径向位置、重量和颗粒高度五个方面研究了铁球在环剪颗粒流中上浮时间和空心铁球相对外筒中心所转过的角位移。研究结果表明,随着外筒转速的增加,筒内颗粒流动速度加快,空心铁球上浮时间会缩短,角位移会增大。随着空心铁球直径的增加,铁球在颗粒流中受到向上的“浮力”增大,铁球上浮时间缩短并造成角位移减小。随着铁球位置远离外筒壁,颗粒流速变慢,铁球上浮时间会增加,由于颗粒角速度沿外筒径向衰减很快,空心铁球角位移减小。随着颗粒高度和铁球重量增加,铁球在颗粒流中运动时间增加,其角位移也不断增加。