Furthermore, as the relative velocities induced by the shear rate
are only in the direction perpendicular to the velocity gradient,
this introduces anisotropies in the angular distribution of
collisions about a particle (as measured by Campbell and
Brennen [37]). Interestingly, the collisional anisotropy was
included in the earliest, albeit incomplete, rapid flow models,
Savage and Jeffrey [44] and Jenkins and Savage [51], which
only considered contact stresses. To include streaming stresses,
required modifying the velocity distribution function, which
proved intractable if the collisional anisotropy was included. As
the theories predict that S≈1 (Fig. 10), they are not selfconsistent
in that their predictions conflict with their implicit
assumptions. Goldhirsch [52] cites Sela and Goldhirsch's [47]
comparison with normal stress difference data as evidence that
this effect is unimportant; but this argument is not applicable as
the comparison is done at ν=0, the only point where the Sela
and Goldhirsch calculation is valid. There, Fig. 10 shows S≈0
(T=∞) so, of course γd≪T1/2, and, while there may be
collisional anisotropy due to the anisotropic granular temperature,
there will be no shear-induced collisional anisotropy
under the conditions of the Sela and Goldhirsch analysis.
Finally, at the heart of all kinetic theories is the
assumption of Boltzmann's “Stosszahlansatz” or molecular
chaos, that there are no correlations in the velocities or
positions of colliding particles. This is troubling because
common granular flows occur at such large concentrations
that any given particle will interact many times with its
neighbors and it is likely their velocities will be strongly
correlated. In addition, the aforementioned microstructures
[37,38] correlate the relative positions of particles. Thus true
molecular chaos is unlikely in real granular systems although
it is difficult to estimate the degree of error introduced by this
assumption.
In 1990, I wrote a review article on the field of rapid granular
flows [53]. The article ended with a list of “Pressing Concerns”
designed to push the field towards more realistic systems and it
is worth a paragraph to comment on the progress of the last 15
years. The concerns were: Material properties, Microstructure,
Non-spherical particles, Non-uniform particle size and segregation,
Interstitial fluid effects and Solid/Fluid behavior of
granular systems. However, it should have been obvious, even
in 1990, that the first 3 topics would be almost intractable, either
because they complicated the collision integrals from which the
constitutive properties are derived or because they violate the
assumptions of molecular chaos. For example, even simple
properties such as a stick–slip surface friction make a
discontinuity in the collision integrals; as a result, friction is
only approximately incorporated in Rapid-Flow theories
through a tangential coefficient of restitution. Also, friction
dissipates energy and as discussed above, if the energy
dissipation is large enough, it may be possible to accurately
assess the velocity distribution function. Like the collisional
anisotropy, the development of internal microstructure affects
the contact angle between particles and it is difficult to include
in the kinetic theories, partially because of the complications to
the collision integrals and partially because it violates the
Stosszahlansatz. Non-round particle shapes bring the particle
orientation into the problem, which similarly complicates the
notion of molecular chaos.
Rapid-Flow theory has been used to generate models for
binary mixtures, pioneered by Jenkins and Mancini [54].
Kinetic theory based models of segregation have also been
developed, but the results are quite mixed (see the review of
Ottino and Khakhar [55]). Being probabilistic models, they
agree well with probabilistic Monte Carlo simulations, but the
agreement breaks down if compared against more realistic
deterministic simulations. Some degree of agreement could be
had only if the granular temperature is used as a fitting
parameter. Khakhar et al. [56] argue that this is due to a
breakdown in the underlying kinetic theory, in that the frictional
dissipation is so large. But if kinetic theory assumptions
breakdown in determining the granular temperature, it is
difficult to argue that the same assumptions work well in
predicting segregation within the same flow. Besides, if the
theory cannot handle frictional particles, then it can handle no
realistic materials.
Much of the recent effort in the areas of rapid granular flow
or kinetic theory have been directed towards issues that are of
largely academic interest, either because of unrealistic assumptions
or because they are only of interest at small particle
concentrations that are never found outside the laboratory.
These include items such as the “cooling” of homogeneously
thermalized granular “gas” (first introduced by Haff [48]) which
can of course never be found in reality because there is no way
to create a homogeneously thermalized granular gas. Some of
the higher order kinetic theories (e.g. Sela and Goldhirsch [47])
are valid only in the ν→0 limit and thus inapplicable to any
realistic granular flow. The development of “inelastic microstructure”,
a clustering instability, first observed by Hopkins and
Lounge [57] has received much attention. At low concentrations,
particles are observed to not be homogeneously
distributed but to form higher concentration clusters surrounded
by regions that are near voids. But this has little effect for the
large concentrations of common granular flows, simply because
the particles are already so tightly packed, there is no room for
the clusters and voids to grow. (It is somewhat inappropriate to
even refer to these disordered clusters as “microstructures”, as
that name implies an ordered “structure” of particles; as a result,
these are often confused, e.g. Goldhirsch, [52], with the ordered
high concentration microstructures that strongly affect the
relative magnitude of the stress tensor components [37,38].)
In fact, much of the progress has been negative in the sense
that we are learning that more and more granular systems
cannot be described by rapid-flow theory. For example, many
models have been developed that use rapid granular flow ideas
to model the solid phase stresses in multiphase systems (one of
the “Pressing Concerns” from Campbell [53]) mostly in gasfluidized
systems (e.g., [58–60]). But direct measurements in
fluidized beds [61] show that they cannot be modeled by kinetic
theory [62,63]. The transition from solid-like to fluid-like
behavior, such as is seen at the boundaries of funnel flows in
hoppers (the last Pressing Concern) has been shown not to be
the phase change suggested by Campbell [53], but instead
occurs outside the realm of rapid granular flows as a quasistatic-
นอกจากนี้ เป็นตะกอนญาติที่เกิดจากอัตราเฉือน
อยู่ในทิศทางตั้งฉากกับการไล่ระดับความเร็ว,
นี้แนะนำ anisotropies ในชั้นแองกูลาร์
ตามเกี่ยวกับอนุภาค (วัดจากแคมป์เบล และ
Brennen [37]) เป็นเรื่องน่าสนใจ collisional anisotropy ถูก
รวมในสุด ไม่สมบูรณ์ แม้ว่าแบบจำลองขั้นตอนอย่างรวดเร็ว,
Savage และเจฟฟรีย์ [44] และเจงกินส์ และ Savage [51], ซึ่ง
เท่านั้น ถือว่าเครียดติดต่อกัน การรวมสตรีมมิ่งความเครียด,
ต้องปรับเปลี่ยนฟังก์ชันแจกแจงความเร็ว ซึ่ง
พิสูจน์ intractable collisional anisotropy ถูกรวม เป็น
ทฤษฎีทำนายที่ S≈1 (Fig. 10), พวกเขาจะไม่ selfconsistent
ที่คาดคะเนของตนขัดแย้งกับความนัย
สมมติฐาน สแตนดาร์ดชาร์เตอร์ด Goldhirsch [52] Sela และ Goldhirsch ของ [47]
เปรียบเทียบกับข้อมูลผลต่างปกติความเครียดเป็นหลักฐานที่
ผลนี้คือไม่สำคัญ แต่ไม่สามารถใช้เป็นอาร์กิวเมนต์นี้
ทำการเปรียบเทียบที่ν = 0 จุดเดียวที่ Sela
และคำนวณ Goldhirsch ถูกต้อง , Fig. 10 แสดง S≈0
(T=∞) นั้น แน่นอน γd≪T1/2 และ ใน ขณะที่มีอาจมี
anisotropy collisional เนื่องจากอุณหภูมิ granular anisotropic,
จะไม่ทำให้เกิดแรงเฉือน collisional anisotropy
ภายใต้เงื่อนไขของ Sela และ Goldhirsch วิเคราะห์
สุดท้าย หัวใจของทฤษฎีจลน์ทั้งหมดเป็นการ
อัสสัมชัญตัวโบลทซ์มานน์ของ "Stosszahlansatz" หรือโมเลกุล
วุ่นวาย ว่า มีความสัมพันธ์ไม่ในตะกอน หรือ
ตำแหน่งของอนุภาคที่ชน นี่คือ troubling เนื่องจาก
granular ไหลทั่วไปเกิดขึ้นที่ความเข้มข้นดังกล่าวใหญ่
ที่อนุภาคใด ๆ กำหนดจะโต้ตอบหลายครั้งกับของ
บ้านและมีแนวโน้มที่จะมีตะกอนของพวกเขาอย่างยิ่ง
correlated นอกจากนี้ microstructures ดังกล่าว
[37,38] correlate ญาติตำแหน่งของอนุภาค ดัง จริง
วุ่นวายโมเลกุลไม่น่าจริง granular ระบบแม้ว่า
จึงยากที่จะประเมินระดับของข้อผิดพลาดที่แนะนำตาม
อัสสัมชัญ.
ในปี 1990 ผมเขียนบทความรีวิวบนฟิลด์ granular รวดเร็ว
ไหล [53] บทความสิ้นสุดกับรายการ "กดความกังวล"
ออกแบบฟิลด์ต่อยิ่งระบบและผลักดัน
เที่ยวย่อหน้าแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับความคืบหน้าของ 15 สุดท้าย
ปี ข้อกังวลอยู่: คุณสมบัติของวัสดุ ต่อโครงสร้างจุลภาค,
อนุภาคไม่ใช่ทรงกลม ขนาดอนุภาคไม่สม่ำเสมอ และการ แบ่งแยก,
ผลหลากของเหลวและของแข็ง/ของเหลวลักษณะของ
granular ระบบ อย่างไรก็ตาม ควรได้รับชัดเจน แม้
ในปี 1990 ที่หัวข้อ 3 ก่อนจะเกือบ intractable อาจ
เนื่องจากพวกเขาซับซ้อนปริพันธ์ชนซึ่ง
คุณสมบัติขึ้นมาหรือ เพราะพวกเขาละเมิดการ
สมมติฐานของความวุ่นวายที่โมเลกุล ตัวอย่าง แม้ง่าย
คุณสมบัติเช่นแรงเสียดทานพื้นผิว stick–slip เป็น
โฮในปริพันธ์ชน เป็นแรงเสียดทานเป็นผล
รวมเพียงประมาณในทฤษฎีขั้นตอนรวดเร็ว
ผ่านสัมประสิทธิ์ tangential ของ restitution แรงเสียดทานยัง
dissipates พลังงานและ เป็นที่กล่าวถึงข้างต้น ถ้าพลังงาน
กระจายมีขนาดใหญ่เพียงพอ มันอาจจะไปถูกต้อง
ประเมินฟังก์ชันการกระจายความเร็วได้ ชอบที่ collisional
anisotropy มีผลต่อการพัฒนาต่อโครงสร้างจุลภาคภายใน
มุมติดต่อระหว่างอนุภาคและเป็นการยากที่จะรวม
ในทฤษฎีจลน์ บางส่วนเนื่องจากภาวะแทรกซ้อนการ
ปริพันธ์ชนและบางส่วนเนื่อง จากมันเป็นละเมิด
Stosszahlansatz รูปทรงกลมไม่ใช่อนุภาคนำอนุภาค
แนวเป็นปัญหา ซึ่งในทำนองเดียวกัน complicates
ความของโมเลกุลความวุ่นวาย
ทฤษฎีกระแสอย่างรวดเร็วมีการใช้การสร้างแบบจำลอง
น้ำยาผสมไบนารี เป็นผู้บุกเบิกทางเจงกินส์ Mancini [54]
ยังมีแบบจำลองทฤษฎีจลน์ของแก๊สที่ใช้แบ่งแยก
พัฒนา แต่ผลค่อนข้างผสม (ดูการทบทวน
Ottino และ Khakhar [55]) เป็นรุ่น probabilistic พวกเขา
เห็นดี ด้วย probabilistic จำลองมงต์การ์โล แต่
ตกลงแบ่งถ้าเปรียบเทียบกับอื่น ๆ จริง
deterministic จำลอง บางส่วนของข้อตกลงอาจ
ได้เมื่อใช้อุณหภูมิ granular เป็นการเหมาะสม
พารามิเตอร์ได้ Khakhar et al. [56] โต้เถียงว่า เป็นเนื่องการ
ในทฤษฎีจลน์ของแก๊สอยู่ภายใต้ ในที่ที่ frictional
กระจายมีขนาดใหญ่ดังนั้น แต่ถ้าสมมติฐานทฤษฎีจลน์
แบ่งในการกำหนดอุณหภูมิ granular เป็น
ยากเถียงว่า สมมติฐานเดียวกันทำงานดีใน
คาดการณ์การแบ่งแยกภายในขั้นตอนเดียวกัน นอกเหนือจาก ถ้า
ทฤษฎีไม่สามารถจัดการกับอนุภาค frictional แล้วมันสามารถจัดการกับไม่มี
จริงวัสดุ
มากความพยายามล่าสุดในพื้นที่ของกระแสอย่างรวดเร็ว granular
หรือทฤษฎีจลน์ของแก๊สได้รับโดยตรงต่อปัญหาที่
สนใจศึกษามาก อย่างใดอย่างหนึ่งเนื่องจากสมมติฐานไม่
หรือเพราะเป็นของที่อนุภาคเล็ก
ความเข้มข้นที่ไม่เคยพบอยู่นอกห้องปฏิบัติการ
รวมถึงสินค้าเช่น "เย็น" ของ homogeneously
thermalized granular "ก๊าซ" (ครั้งแรกนำ โดย Haff [48]) ซึ่ง
แน่นอนไม่สามารถพบได้ในความเป็นจริงเนื่องจากไม่มีทางได้
สร้างก๊าซแบบ granular homogeneously thermalized ได้ บาง
สูงสั่งจลน์ทฤษฎี (เช่น Sela และ Goldhirsch [47])
ถูกต้องเฉพาะในวงเงิน ν→0 และ inapplicable ดังนั้นใด ๆ
granular ไหลสมจริง การพัฒนาต่อโครงสร้าง "inelastic จุลภาค",
ขาดเสถียรภาพระบบคลัสเตอร์ ตรวจสอบก่อน โดยฮ็อปกินส์ และ
ห้องนั่งเล่น [57] ได้รับความสนใจมาก ที่ความเข้มข้นต่ำ,
พบอนุภาคไม่ถูก homogeneously
กระจายแต่จะฟอร์มคลัสเตอร์ความเข้มข้นสูงที่ล้อมรอบ
โดยภูมิภาคที่ใกล้ voids การ แต่มีผลน้อยสำหรับการ
ใหญ่ความเข้มข้นของทั่วไป granular ไหล เพียงเพราะ
อนุภาคอยู่แล้วให้แน่น มีห้องพักสำหรับ
คลัสเตอร์และ voids เติบโต (จึงค่อนข้างไม่เหมาะสมกับ
แม้ถึงคลัสเตอร์ disordered เหล่านี้เป็น "microstructures" เป็น
หมายถึงชื่อโครงการสั่ง "สร้าง" ของอนุภาค เป็น ผล,
เหล่านี้มักสับสน เช่น Goldhirsch, [52], มีการสั่ง
microstructures ความเข้มข้นสูงที่มีผลต่อการขอการ
ขนาดญาติของคอมโพเนนต์ tensor เครียด [37,38])
ในความเป็นจริง ความคืบหน้ามากแล้วลบในแง่
ว่า เรากำลังเรียนรู้ที่ระบบ granular มาก
ไม่สามารถอธิบายได้ โดยทฤษฎีกระแสอย่างรวดเร็วได้ หลายตัว
รุ่นได้รับการพัฒนาที่ใช้ความคิดอย่างรวดเร็วไหล granular
แบบทึบระยะความตึงเครียดในระบบ multiphase (หนึ่ง
"กดปัญหา" จากแคมป์ [53]) ส่วนใหญ่ใน gasfluidized
ระบบ (เช่น, [58–60]) แต่การวัดโดยตรงใน
fluidized เตียง [61] แสดงว่า พวกเขาไม่สามารถจำลอง โดยเดิม ๆ
ทฤษฎี [62,63] เปลี่ยนจากของแข็งเหมือนกับน้ำมันเหมือน
พฤติกรรม เช่นจะเห็นได้ที่ขอบเขตของกรวยไหลใน
กรวย (สุดท้ายกดกังวล) ได้รับการแสดงไม่ต้อง
เปลี่ยนระยะแนะนำแคมป์ [53], แต่แทน
เกิดขึ้นภายนอกขอบเขตของกระแส granular อย่างรวดเร็วเป็น quasistatic แบบ
การแปล กรุณารอสักครู่..
![](//thimg.ilovetranslation.com/pic/loading_3.gif?v=b9814dd30c1d7c59_8619)