Physical elucidation and modeling of non-locality in granular flows by full-scale discrete particle simulation

通过全尺寸离散粒子模拟对颗粒流中的非局域性进行物理阐明和建模

• 批准号: 22K03926
• 负责人: 辻 拓也
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03926/
• 关键词: 粉体; 非局所性; 離散要素法; レオロジー; 粉体流; 離散粒子シミュレーション

本研究では，粉粒体が有する非局所性発生メカニズムの詳細解明と，これをべースとした新しいレオロジーモデルの構築を目的に掲げている．初年度として，三次元定常せん断流れ場であり，粉粒体流れの重要な特徴の一つであるせん断帯形成を伴うスプリットボトムセル系を対象としたフルスケール離散粒子シミュレーション（DEM）モデルと，計算から得られた速度や接触力などの粒子データ（ミクロ量）を空間平均化することにより，速度や応力などの連続データ（マクロ量）を取得し，粉粒体のマクロ―ミクロ関係の詳細な検討を可能とするフレームワークの構築を行った．・壁面に粒子を貼り付けることにより固体壁面上における滑り無し条件を実現し，せん断速度や粒径などの諸量を変化させ計算を行ったところ，平均速度分布について，本計算により実験結果を定量的に再現できることを確認した．・粉粒体の非局所性を考慮した非局所粉粒体流動度（NGF）モデルに注目した．NGFモデルにおいては，粉粒体流動性を表す流動度が導入されるが，これはマクロ的な考察から導入されたものであり，非局所性を引き起こすと考えられるミクロスケールでの物理量との関係はよくわかっていない．構築したフレームワークに基づき，流動度と粒子スケールでの振る舞いを特徴づける物理量との関係を調査し，流動度が粒子の速度ゆらぎ，局所空隙率，粒径などと関係があることを明らかにした．また，流動度が摩擦係数や反発係数など系のエネルギー散逸を司るパラメータに依存して大きく変化することも明らかにした．・含水粉粒体の非局所性については，ほとんど知られていない．液添加による液架橋形成を考慮した計算を行い，その影響を調査した．粒子間引力の大きさを表す無次元量であるボンド数に応じて流動度が変化することを明らかにし，付着を伴う粉粒体の非局所レオロジー則を新規に提案した．

这项研究旨在阐明粉末和颗粒中非本地产生的机制，并基于此创建一个新的流变模型。在第一年，我们为分裂的底部细胞系统创建了一个完整的离散粒子模拟（DEM）模型，该模型具有剪切带形成，这是一个三维的稳态剪切流场，是粉末状颗粒流的重要特征之一，并且框架可以详细检查详细的粒子和量化粒子的详细范围（以孔子的量相关）（量身）（如孔子上的巨大关系）（Micmoted Granules）（Micmode）（Micmcate）（MICRO）的量化（Micmici）（MICRO），MICROSE（MICTAS），以使粒子量化（Micmicro）（MICRO）的数据。计算。 - 通过将颗粒粘在壁表面上，在实心壁表面上没有打滑的条件，并通过改变各种量（例如剪切速度和粒度）进行计算，并证实可以使用该计算来定量地重现实验结果。 - 我们专注于非本地粉末流体迁移率（NGF）模型，该模型考虑了粉末和颗粒的非本地性。在NGF模型中，引入了代表粉末和颗粒状流动性的流速，但这是从宏观考虑中引入的，并且尚不清楚微观上的物理量之间的物理量之间的关系。基于我们构建的框架，我们研究了表征粒子尺度行为的流动性与物理量之间的关系，并揭示了流动性与粒子速度波动，局部孔隙率，粒径等有关。还表明，流速变化显着取决于控制系统的参数，例如控制系统的散热和折叠率的偏置，并有效。 - 未知的是含水颗粒的非本地性。考虑到由液体添加引起的液体交联的形成，我们进行了计算，并研究了效果。我们已经揭示了流速根据键的数量而变化，这是一个无量纲的数量，代表颗粒间吸引力的大小，并提出了针对具有粘附粉末的粉状颗粒的新的非本地流变法。

项目成果

Granular fluidity in cohesive split-bottom granular flows

• DOI: 10.1103/physrevfluids.7.084306
• 发表时间: 2022-08
• 期刊: Physical Review Fluids
• 影响因子: 2.7
• 作者: Dorian Faroux;Kimiaki Washino;T. Tsuji;Toshitsugu Tanaka

Influence of capillary forces on non-local granular fluidity

毛细管力对非局部颗粒流动性的影响

• 发表时间: 2023
• 作者: Faroux Dorian;Washino Kimiaki;Tsuji Takuya;Tanaka Toshitsugu;Faroux Dorian，Kimiaki Washino，Takuya Tsuji，Toshitsugu Tanaka
• 通讯作者: Faroux Dorian，Kimiaki Washino，Takuya Tsuji，Toshitsugu Tanaka