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致密颗粒材料壁面剪切流的稳定性:Couette间隙、壁面速度和初始浓度的作用。 (英语) Zbl 1382.76276号

小结:本文通过简正波稳定性分析研究了致密颗粒材料平面单向Couette流的稳定性。我们的研究基于相关流动的连续力学模型,该模型与由流变学引起的颗粒材料的法向应力和剪切应力的本构表达式相耦合。根据我们的分析,相对于作为稳定剂的初始浓度,库特间隙和壁面速度在感兴趣的流动中起着不稳定作用。对于足够高的Couette间隙和壁速,恢复不稳定模式。预测的不稳定性通过剪切诱导的剪胀表现出来,而剪胀反过来又会导致粒子迁移和球状物的形成,这与通过分子动力学模拟获得的结果类似。

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76T25型 颗粒流

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参考文献:

[1] Alam,M.,Arakeri,V.H.,Nott,P.R.,Goddard,J.D.&Herrmann,H.J.2005不稳定性诱导的有序化,普遍展开和重力在颗粒Couette流中的作用。J.流体力学523,277-306.10.1017/S0022112004002150S0022112004-2000021502260960·Zbl 1065.76195号 ·doi:10.1017/S0022112004002150
[2] Alam,M.&Nott,P.R.1997摩擦对无界颗粒剪切流稳定性的影响。《流体力学杂志》343,267-301.1017/S0022112097005879·Zbl 0898.76025号 ·doi:10.1017/S0022112097005879
[3] Alam,M.&Nott,P.R.1998颗粒材料平面Couette流的稳定性。J.流体机械377,99-136.10.1017/S002211209800295XS002211209900295X1667228·Zbl 0945.76018号 ·doi:10.1017/S002211209800295X文件
[4] Alam,M.和Shukla,P.2013三维颗粒平面Couette流中的非线性稳定性、分叉和涡模式。《流体力学杂志》716,349-413.10.1017/jfm.2012.549S00221120120054963018546·Zbl 1284.76167号 ·doi:10.1017/jfm.2012.549
[5] Babić,M.1993关于快速剪切流的稳定性。《流体力学杂志》254、223-256。
[6] Baer,M.R.和Nunziato,J.W.1986A反应性颗粒材料中爆燃-爆震转变(DDT)的两相混合物理论。国际多相流杂志12,861-889.10.1016/0301-9322(86)90033-9·Zbl 0609.76114号 ·doi:10.1016/0301-9322(86)90033-9
[7] Barker,T.、Schaeffer,D.G.、Bohorquez,P.和Gray,J.M.N.T.2015《健康和不健康行为》![CDATA\([{\it\mu}(i)]])>-颗粒流的流变性。《流体力学杂志》779,794-818.10.1017/jfm.2015.412·Zbl 1360.76338号 ·doi:10.1017/jfm.2015.412
[8] Bdzil,J.B.,Menikoff,R.,Son,S.F.,Kapila,A.K.和Stewart,D.S.1999颗粒材料爆燃到爆震转变的两相建模:对建模问题的批判性检验。物理学。流体11,378-492.10.1063/1.869887·Zbl 1147.76317号 ·doi:10.1063/1.869887
[9] Carroll,M.M.&Holt,A.C.1972延性多孔材料的静态和动态孔隙坍塌关系。J.应用。物理43,1626-1635.10.1063/1161372·数字对象标识代码:10.1063/1161372
[10] Chen,W.-Y.,Lai,J.-Y.&Young,D.L.2010基于粘塑性本构关系的无界均匀致密颗粒剪切流稳定性分析。物理学。流体22113304。
[11] Chen,W.-Y.,Lai,J.-Y.&Young,D.L.2012基于摩擦动力学理论的致密微非弹性球体无界均匀剪切流的稳定性分析。国际多相流杂志38(1),27-34.10.1016/J.ij多相流,2011.08.010·doi:10.1016/j.ijmultiphaseflow.2011.08.010
[12] Chorin,A.J.和Marsden,J.E.2000A流体力学数学导论。斯普林格·Zbl 0712.76008号
[13] Cochran,M.T.和Powers,J.M.2008可压缩颗粒材料压实度的计算。机械。研究委员会35,96-103.10.1016/j.mechrescom.2007.10.003·Zbl 1258.76177号 ·doi:10.1016/j.技术.2007.10.003
[14] Conway,S.L.&Glasser,B.J.2004颗粒Couette流中的密度波和相干结构。物理学。液体16,509-529.10.1063/1.16373482035457·Zbl 1186.76113号 ·数字对象标识代码:10.1063/1.1637348
[15] Conway,S.L.,Liu,X.和Glasser,B.J.2006模型颗粒材料高剪切couette流中的不稳定性诱导聚集和分离。化学。Engng Sci.61(19),6404-6423.10.1016/j.ces 2006.05.049·doi:10.1016/j.ces.2006.05.049
[16] da Cruz,F.S.、Prochnow,M.、Roux,J.N.和Chevoir,F.2005致密颗粒材料的流变学:平面剪切流的离散模拟。物理学。版本E72021309。
[17] Dongarra,J.J.,Straughanb,B.&Walker,D.W.1996计算水动力稳定性问题谱的Chebyshev tau-QZ算法。申请。数字。数学22,399434.10.1016/S0168-9274(96)00049-91426179·Zbl 0867.76025号 ·doi:10.1016/S0168-9274(96)00049-9
[18] Drazin,P.G.&Reid,W.H.2011水动力稳定性。剑桥大学出版社。
[19] Drew,A.D.和Passman,S.L.1999多组分流体理论。施普林格.10.1007/b97678·Zbl 0919.76003号 ·数字对象标识代码:10.1007/b97678
[20] Dunn,J.E.&Serrin,J.B.1985《间隙工作的热力学》。架构(architecture)。老鼠。机械。分析号88,95-133.10.1007/BF00250907·Zbl 0582.73004号 ·doi:10.1007/BF00250907
[21] Elban,W.L.和Chiarito,M.A.1986粗HMX炸药的准静态压实研究。粉末技术46181-193.10.1016/0032-5910(86)80025-0·doi:10.1016/0032-5910(86)80025-0
[22] Fang,C.2008a将干颗粒物质流建模为具有微观结构效应的弹塑性-粘塑性连续体。一、热力学一致本构模型。机械学报197,173-189.10.1007/s00707-007-0513-1·Zbl 1151.74329号 ·doi:10.1007/s00707-007-0513-1
[23] Fang,C.2008b将干颗粒物质流建模为具有微观结构效应的弹塑性-粘塑性连续体。二、。基准流动问题的数值模拟。机械学报197,191-209.10007/s00707-007-0511-3·Zbl 1151.74330号 ·doi:10.1007/s00707-007-0511-3
[24] Fang,C.,Wang,Y.和Hutter,K.2006a无粘性颗粒材料的具有内部长度的热-机械连续体理论第二部分。简单剪切、平面Poiseuille和重力驱动问题的非平衡假设和数值模拟。Contin公司。机械。热电偶17,577-607.10.1007/s00161-006-0008-72240609·Zbl 1113.74014号 ·doi:10.1007/s00161-006-0008-7
[25] Fang,C.,Wang,Y.和Hutter,K.2006b:无粘性颗粒材料的具有内部长度的热-机械连续体理论。Contin公司。机械。热电偶.17,577-607.10.1007/s00161-006-0008-7·Zbl 1113.74014号 ·doi:10.1007/s00161-006-0008-7
[26] Forterre,Y.2006Kapiza波作为三维颗粒流流变学的试验。J.流体力学563,123-132.10.1017/S0022112006001509S0022112006001509·Zbl 1100.76067号 ·doi:10.1017/S0022112006001509
[27] Forterre,Y.和Pouliquen,O.2008致密颗粒介质的流动。每年。流体力学版次40,1-24.10.1146/anurev.fluid40.11406.1021422402384·兹比尔1136.76051 ·doi:10.1146/anurev.fluid.40.111406.102142
[28] Goddard,J.D.2003复杂流体中的材料不稳定性。每年。流体力学版次35(1),113-133.10.1146/anurev.Fluid.35.1011.1612041967010·Zbl 1125.76344号 ·doi:10.1146/annurev.fluid.35.1011011.61204
[29] Goldhirsch,I.2003快速颗粒流动。每年。流体力学版次35,267-293.10.1146/anurev.Fluid.35.1011.11141967014·Zbl 1125.76406号 ·doi:10.1146/anurev.fluid.35.101101161114
[30] Goodman,M.A.和Cowin,S.C.1972颗粒材料的连续体理论。架构(architecture)。老鼠。机械。分析44249-266.10.1007/BF00284326·Zbl 0243.76005号 ·doi:10.1007/BF00284326
[31] Gudhe,R.、Yalamanchili,R.C.和Rajagopal,K.R.1994颗粒材料沿垂直管道向下流动。粉末技术81,65-73.10.1016/0032-5910(94)02865-6·Zbl 0789.76009号 ·doi:10.1016/0032-5910(94)02865-6
[32] Hale,N.和Trefethen,N.2014《Chebfun指南》。Pafnoty出版物。
[33] Henann,D.K.和Kamrin,K.2013A稠密颗粒流的预测性、尺寸相关连续体模型。程序。美国国家科学院。科学。美国110,6730-6735.10.1073/pnas.12191531103064873·Zbl 1292.76070号 ·doi:10.1073/pnas.1219153110
[34] Hopkins,M.A.和Louge,M.1991光滑圆盘快速颗粒流中的非弹性微观结构。物理学。液体A3,47-57.10.1063/1.857863·doi:10.1063/1.857863
[35] Huang,W.Z.和Sloan,D.M.1994求解微分特征值问题的伪谱方法。J.计算。物理111399-409.10.1006/jcph.1999.1073·Zbl 0799.65091号 ·doi:10.1006/jcph.1994.1073
[36] Hutter,K.和Rajagopal,K.R.1994关于颗粒材料的流动。Contin公司。机械。Thermodyn.6,81-139.10.1007/BF011408941277702·兹比尔0804.73003 ·doi:10.1007/BF01140894
[37] Jenkins,J.T.和Richman,M.W.1985相同粗糙非弹性圆盘稠密气体平面流动的动力学理论。物理学。液体28,3485-3494.10.1063/1.865302·Zbl 0587.76128号 ·doi:10.1063/1.865302
[38] Jenkins,J.T.&Savage,S.B.1983A相同、光滑、近乎弹性的球形颗粒快速流动理论。J.流体力学130,187-202.10.1017/S0022112083001044S002211208300 1044·Zbl 0523.76001号 ·doi:10.1017/S0022112083001044
[39] Jop,P.、Forterre,Y.和Pouliquen,O.2006稠密颗粒流的本构关系。Nature441,727-730.10.1038/nature04801·Zbl 1082.76106号 ·doi:10.1038/nature04801
[40] Josserand,C.,Lagrée,P.-Y.&Lhuillier,D.2004致密粒状材料的静态剪切流:初步连续模拟。欧洲物理学。期刊E14,127-135.10.1140/epje/i2003-10141-4·doi:10.1140/epje/i2003-10141-4
[41] Josserand,C.、Lagerée,P.-Y.和Lhuillier,D.2006粗糙斜坡上的颗粒压力和层厚堵塞。欧洲鱼。信件73363-369.10.1209/epl/i2005-10398-12215007·doi:10.1209/epl/i2005-10398-1
[42] Kapila,A.K.,Menikoff,R.,Bdzil,J.B.,Son,S.F.&Stewart,D.S.2001颗粒材料中爆燃-爆震转变的两相建模:简化方程。物理学。液体13,3002-3024.10.1063/1.1398042·Zbl 1184.76268号 ·数字对象标识代码:10.1063/1.1398042
[43] Kirchner,N.2002磨料颗粒材料的热力学一致性建模。I非平衡理论。程序。R.Soc.伦敦。A458,2153-2176.10.1098/rspa.2002.0963·Zbl 1019.74008号 ·doi:10.1098/rspa.2002.0963
[44] Kirchner,N.和Teufel,A.2002磨料颗粒材料的热力学一致性建模。二: 稳态剪切流的热力学平衡和应用。程序。R.Soc.伦敦。A458,3053-3077.10098/rspa.2002.1020·Zbl 1116.74338号 ·doi:10.1098/rspa.2002.1020
[45] Ladyzhenskaya,O.A.1969粘性不可压缩流的数学理论。Gordon和Breach·Zbl 0184.52603号
[46] Ladyzhenskaya,O.A.和Solonnikov,V.A.1978 Navier-Stokes方程边值问题的向量分析和广义公式的一些问题。J.苏维埃数学.10,257-286.10007/BF01566606·兹伯利0388.35061 ·doi:10.1007/BF01566606
[47] Lagerée,P.-Y.,Staron,L.&Popinet,S.2011颗粒柱作为一个连续体坍塌:具有<![CDATA\([{\it\mu}(I)]\)>-流变学。《流体力学杂志》686378-408.10.1017/jfm.2011.3352850981·兹比尔1241.76413 ·文件编号:10.1017/jfm.2011.335
[48] Lions,P.L.1996流体力学数学专题,第1卷:不可压缩模型。牛津出版社1422251·Zbl 0866.76002号
[49] Lowe,C.A.和Greenaway,M.W.2005由不同粒径组成的颗粒层中的压实过程。J.应用。物理98,123519.10.1063/1.2149167·数字对象标识代码:10.1063/1.2149167
[50] Lun,C.K.K.,Savage,S.B.,Jeffrey,D.J.&Chepurniy,N.1984颗粒流动力学理论:Couette流中的非弹性颗粒和一般流场中的轻微非弹性颗粒。J.流体机械140223-256.10017/S0022112084000586·兹伯利0553.73098 ·doi:10.1017/S0022112084000586
[51] Málek,J.&Rajagopal,K.R.2006关于非均匀不可压缩类流体体的建模。机械。材料38(3),233-242.10.1016/j.mechmat.2005.05.020·doi:10.1016/j.mechmat.2005.05.020
[52] Massoudi,M.2007混合理论和高阶模型CFD应用中的边界条件。计算。数学应用.53156-167.10.1016/j.camwa.2006.02.016·Zbl 1163.76057号 ·doi:10.1016/j.camwa.2006.02.016
[53] Massoudi,M.&Mehrabadi,M.M.2001A颗粒材料的连续模型:考虑剪胀和Mohr-Coulomb准则。机械学报152,121-138.10.1007/BF01176949·Zbl 1006.74023号 ·doi:10.1007/BF01176949
[54] Massoudi,M.&Phuoc,T.X.2005两块板之间颗粒材料剪切流动的数值解。国际非线性力学杂志40,1-9.10.1016/J.ijnonlinmec.2004.05.012·Zbl 1349.74363号 ·doi:10.1016/j.ijnonlinmec.2004.05.012
[55] MiDi,GDR2004关于致密颗粒流。欧洲物理学。J.E14,341-365.10.1140/epje/i2003-10153-0·doi:10.1140/epje/i2003-10153-0
[56] Nott,P.R.、Alam,M.、Agrawal,K.、Jackson,R.和Sundaresan,S.1999.边界对颗粒材料平面Couette流动的影响:分岔分析。J.流体机械397203-229.10.1017/S00221120990060601718311·Zbl 0970.76102号 ·doi:10.1017/S0022112099006060
[57] Orszag,S.A.1971 Orr-Sommerfeld稳定性方程的精确解。J.流体机械50689-703.10.1017/S0022112071002842·Zbl 0237.76027号 ·doi:10.1017/S0022112071002842
[58] Ottino,J.M.和Khakhar,D.V.2000颗粒材料的混合和分离。每年。流体力学版次32,55-91.10.1146/anurev.fluid32.551744304·兹伯利0989.76087 ·doi:10.1146/anurev.fluid.32.1.55
[59] Papalexandris,M.V.2004基于不可逆过程理论的可压缩颗粒流两相模型。J.流体力学517,103-112.10.1017/S00221120040008742260277·Zbl 1063.76102号 ·doi:10.1017/S0022112004000874
[60] Passman,S.L.、Nunziato,J.W.和Bailey,P.B.1986饱和颗粒材料的剪切运动。J.莱奥.20,167-192.10.1122/1.549894·Zbl 0622.76112号 ·数字对象标识代码:10.1122/1.549894
[61] Passman,S.L.、Thomas,J.P.J.、Bailey,P.B.和Thomas,J.W.1980颗粒材料的剪切流动。J.工程机械。ASCE39分册,885-901。
[62] Powers,J.M.2004颗粒材料压实的两相粘性模型。物理学。流体16,2975-2990.10.1063/1.1764951·Zbl 1186.76430号 ·数字对象标识代码:10.1063/1.1764951
[63] Powers,J.M.、Stewart,D.S.和Krier,H.K.1989多孔材料中稳定压实波的分析。事务处理。ASME J.应用。机械59,15-24.10.1115/1.3176038·数字对象标识代码:10.1115/1.3176038
[64] Powers,J.M.、Stewart,D.S.和Krier,H.K.1990两相起爆理论——第一部分:结构。库布斯特。火焰80280-303.10.1016/0010-2180(90)90105-Z·doi:10.1016/0010-2180(90)90105-Z
[65] Savage,S.B.1979无粘性颗粒材料在斜槽和渠道中的重力流。J.流体力学92,53-96.10.1017/S0022112079000525·Zbl 0398.76008号 ·doi:10.1017/S0022112079000525
[66] Savage,S.B.1992无界均匀颗粒剪切流的不稳定性。《流体力学杂志》24119-123.10.1017/S0022112092001964S00221122092001964·Zbl 0786.76036号 ·doi:10.1017/S0022112092001964
[67] Savage,S.B.2008自由表面颗粒向下流动。《工程数学杂志》60,221-240.10007/s10665-007-9141-y·兹比尔1138.76065 ·doi:10.1007/s10665-007-9141-y
[68] Schmid,P.J.&Kytömaa,H.K.1994颗粒剪切流的瞬态和渐近稳定性。J.流体力学264255-275.10.1017/S0022112094000650S0022112094 0006501271894·Zbl 0821.76026号 ·doi:10.1017/S0022112094000650
[69] Shukla,P.&Alam,M.2011a颗粒平面Couette流中的非线性稳定性和模式:Hopf和干叉分叉,以及共振证据。《流体力学杂志》672147-195.10.1017/S002211201000594XS0022112010000594X2785222·Zbl 1225.76140号 ·doi:10.1017/S002211201000594X
[70] Shukla,P.&Alam,M.2011b粒状平面Couette流中剪切带不稳定性的弱非线性理论:解析解,与数值和分岔的比较。J.流体机械666204-253.10.1017/S0022112010004143S0022112010 0041432754514·Zbl 1225.76139号 ·doi:10.1017/S0022112010004143
[71] Svendsen,B.&Hutter,K.1995关于具有约束的各向同性材料混合物的热力学。国际工程科学杂志2021-2054.10.1016/0020-7225(95)00044-X·Zbl 0899.73028号 ·doi:10.1016/0020-7225(95)00044-X
[72] Truesdell,C.1984《理性热力学》。弹簧.10.1007/978-1-4612-5206-1·Zbl 0598.7302号 ·doi:10.1007/978-1-4612-5206-1
[73] Truesdell,C.&Noll,W.1965非线性场论。在Handbuch der Physik,Bd.III/3,Springer·Zbl 0779.73004号
[74] Ván,P.2004颗粒介质的弱非局部连续介质理论:第二定律的限制。国际固体结构杂志41,5921-5927.10.1016/J.ijsolstr.2004.05.054·Zbl 1059.74020号 ·doi:10.1016/j.ijsolstr.2004.05.054
[75] Varsakelis,C.2015平衡状态下颗粒介质连续介质模型的吉布斯自由能和可积性。Contin公司。机械。Thermodyn.27,495-498.10.1007/s00161-014-0373-63323225·Zbl 1341.76035号 ·doi:10.1007/s00161-014-0373-6
[76] Varsakelis,C.、Monsorno,D.和Papalexandris,M.V.2015非均相混合物流动双速双压模型的投影方法。计算。数学应用701024-1045.10.1016/j.camwa.2015.06.023·Zbl 1443.65143号 ·doi:10.1016/j.camwa.2015.06.023
[77] Varsakelis,C.&Papalexandris,M.V.2010两相颗粒混合物本构模型的平衡极限及其数值近似。J.计算。物理229,4183-4207.1016/j.jp.2010.02.0052609772·Zbl 1334.76159号 ·doi:10.1016/j.jcp.2010.02.005
[78] Varsakelis,C.&Papalexandris,M.V.2011颗粒材料两相流的低马赫数渐近性。J.流体力学669,472-497.10.1017/S0022112010005173S0022112010,051732773714·兹比尔1225.76297 ·doi:10.1017/S0022112010005173
[79] Varsakelis,C.&Papalexandris,M.V.2014a流体饱和颗粒材料流体静力学连续体模型解的存在性。申请。数学Lett.35,77-81.10.1016/j.aml.2013.11.0093212850·Zbl 1320.35246号 ·doi:10.1016/j.aml.2013.11.009
[80] Varsakelis,C.&Papalexandris,M.V.2014b稠密颗粒混合物两相流的数值方法。J.计算。物理257,737-756.10.1016/j.jcp.2013.10.0233129558·Zbl 1349.76544号 ·doi:10.1016/j.jcp.2013.10.023
[81] Varsakelis,C.和Papalexandris,M.V.2015a颗粒材料水下斜槽流动的数值模拟。欧洲物理学。《期刊》E28,40·Zbl 1371.76075号
[82] Varsakelis,C.&Papalexandris,M.V.2015b空间非均匀复杂流体Couette流动的稳定性分析。程序。R.Soc.伦敦。A47120150529.10.1098/rspa.2015.0529·Zbl 1371.76075号 ·doi:10.1098/rspa.2015.0529
[83] Wang,C.H.,Jackson,R.&Sundaresan,S.1996粒状材料有界快速剪切流的稳定性。J.流体机械308,31-62.10.1017/S0022112096001383S00221112096001383·Zbl 0885.76028号 ·doi:10.1017/S0022112096001383
[84] Wang,Y.&Hutter,K.1999a多相混合物本构模型及其在饱和固液混合物剪切流动中的应用。颗粒。马特73163-181.10.1007/s100350050023·数字对象标识代码:10.1007/s100350050023
[85] Wang,Y.&Hutter,K.1999b流体饱和颗粒材料的本构理论及其在重力流中的应用。聚乙二醇。学报38214-223.10.1007/s003970050171·doi:10.1007/s003970050171
[86] Wang,Y.和Hutter,K.1999c Goodman-Cowin型粒状材料中的剪切流动——理论和数值结果。颗粒。科学。技术17,97-124.10.1080/02726359908906807·网址:10.1080/02726359908906807
[87] Wang,Y.和Hutter,K.2001重新审视颗粒材料理论。《地貌流体力学》(编辑:N.J.Balmforth&A.Provenzale),《物理学讲义》,第582卷,第79-107页。弹簧10.1007/3-5440-45670-8_4·Zbl 1169.76434号
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