haracteristic segregation time
[3]
up to two orders of magnitude.
Clearly in order for particles to segregate, particles of different size
need to move at different velocities in the system leading to a
segregation
fl
ux
[37]
;ifallparticlesalwaysmovedatthesamevelocity
then segregation would not occur. If a particle is surrounded by other
particles that are close to its own size then there is a reduced
propensity to segregate and one expects a low segregation
fl
ux.
However,ifsegregationwastheonlystory,thesystemwouldevolveto
acompletelysegregatedstateifgivenenoughtime.Wehaveextended
thesystemanother12,000cyclesandhavenotobservedanychangein
behavior. Hence, there must also be a mixing mechanism affecting the
fi
nal state of the system. We hypothesize thatconvection
[6]
enhances
mixing in the systems with more particle sizes.
In these simulations, the domain consists of a vertical cylinder
with similar properties to the experiments, including friction for both
particle-particle and particle-wall contacts. Shown in
Fig. 8
are time
averaged cell to cell
fl
ow pro
fi
les
[18]
capturing the number and
direction of particles of
all
sizes that enter and exit a cell across the
domain for the three systems under consideration. As the number of
particle sizes increases, the amount of convection increases, exhibited
by larger rolls reaching deeper into the bed, moving upwards in the
centerofthecylinderandfalling nearthewalls.Theparticlesnormally
located near the bottom of the bed are entrained in the bulk
fl
ow and
emerge on the surface of the bed. When comparing
Figs. 6
and
8
, the
depthof the convection rolls coincides withthe approximate heightof
the crystallized band of small particles. This supports our contention
that the system exists in a state of partial crystallization and
convection simultaneously. The downward
fl
ow near the walls in
Fig. 8
is approximately 2×
d
max
, and unlike Knight's classic convection
studies
[6]
, the convection roll is large enough to accommodate even
the largest particles in the system. As a result, all species have access
to the full convection roll and are redistributed throughout the
domain. Therefore, the largest species is not trapped on the surface,
but rather can re-enter the bed and increases the overall system
mixedness. Analogous behavior is observed in the experiments with
the nuts, where visual observation at the top and side walls shows
that for all systems, the larger Brazil nuts are able to descend into the
bulk at the walls. Lengths of the largest vectors (which occur near the
surface)are cappedin the
fi
gures to a maximumof 0.00014 in order to show the motion of the particles in the bulk. Magnitude (uncapped) is
represented by the colormap to the right of all
fi
gures. The reference
vector corresponds to 0.0001 and is the same for each
fi
gure.
All cases have identical input energy and total mass, yet clearly
different
fi
nal conditions. As the only difference between each case is
the number of particle sizes, the particle size distribution must affect
the structure of the bed in some fashion to develop differing states. In
static systems, mixture packing studies have shown that depending
on the size ratio between mixture components, the void fraction of
the mixture may increase or decrease [
38
]. If the size ratio is larger
than a certain critical value, the smaller species will
fi
ll the voids
between the larger component and the overall void fraction of the
mixture decreases. This is called the void
fi
lling mechanism [
39
]. If the
size ratio is less than this critical value, then the smaller component
can only enter the mixture if the larger component is displaced.
McGeary
[40]
determines this critical ratio to be ~7. In this case, the
mixture void fraction is increased and this is called the occupation
mechanism [
39
]. Packing in our system proceeds by the occupation
mechanism because the maximum size ratio is held
fi
xed at 2.
Therefore,theadditionofanintermediateparticlesizeduringtheinitial
fi
lling stage should increase the voidage in the system. To test this
contention, we plot in
Fig. 9
the average solids fraction pro
fi
les for the
threesystems,scaledbythemaximumpackingdensityofahexagonally
close packed monodisperse system
−
HCP:
φ
HCP
=0.7405. As the
number of particle sizes increases, the bed solids fraction decreases,
coinciding with enhanced convection. While these differences in solids
fractiononlycorrespondtoafewpercentchange,ithasbeenshownthat
differences betweenthe densestand mostdilutestatesingranularbeds
arearound10percent
[41]
,soa fewpercentchangeclosetothedensest
state can lead to appreciable changes in dynamics.
One of the hallmarks of dense granular materials is the necessary
condition of dilation to disrupt the interlocking structure before the
particles can
fl
ow past one another [
42
]. Extending this idea, less
consolidation should enhance mobility. Therefore, the additional voids
ofthelessdenselypackedsystemwithmoreparticlesizesmakeiteasier
for the bed to convect, which more frequently interchanges the
positions of the small particles settled to the bottom and the large
particlesnearthe top.Inaddition,theincreased voidage means thatthe
probability of a large particle
fi
nding an accommodating void increases,
opposing the percolation mechanism normally only available to the
smallest particles. Therefore, the
fi
nal state of the system is determined
by a balance between percolation of the smaller particles through the
voids and a convection roll that carries particles from inside the bed to
thesurfaceandthendownalongthewalls.Astheconvectionmagnitude
and depth of penetration is larger for the 11 particle size system, it
remains the better mixed case. The same holds true for the ternary case
overthebinarycase.Thisisnottosaythatthereisnotsegregationinthe
11particle sizesystem, but thesegregationinthatsystemis lessthanin
the binary or ternary system.
To further investigate the role of voids in increasing convection
between the systems, we have plotted the void probability distribution
function (voidage=1
−
solids fraction) for the binary and 11 particle
size systems in
Fig. 10
.This
fi
gure describes the likelihood that a
randomly chosen voidatsomepointinthe bed has a certain sizewithin
therange0to1.Asshownin
Fig.10
,thebinarydistributionhasapeakof
0.24 at
ε
~ 0.38, meaning that there is a 24% chance that the randomly
chosenvoidhasasize
ε
=0.38.Inadditiontothemainpeakofthebinary
distribution, there are a few minor peaks in the range
ε
=0.4
−
0.65,
which we believe are a result of the boundaries in
fl
uencing the packing
of the particles at the walls. Comparing the binary distribution with the
11particle sizes distribution,there is a noticeable shift of themain peak
to the right, or a higher voidage, corresponding to the results presented
in
Fig. 9
; the solids fraction decreases as you introduce additional
intermediate particle sizes. In other words, the average void in the
system of 11 particle sizes is larger than the average void in the binary
system.
haracteristic segregation time
[3]
up to two orders of magnitude.
Clearly in order for particles to segregate, particles of different size
need to move at different velocities in the system leading to a
segregation
fl
ux
[37]
;ifallparticlesalwaysmovedatthesamevelocity
then segregation would not occur. If a particle is surrounded by other
particles that are close to its own size then there is a reduced
propensity to segregate and one expects a low segregation
fl
ux.
However,ifsegregationwastheonlystory,thesystemwouldevolveto
acompletelysegregatedstateifgivenenoughtime.Wehaveextended
thesystemanother12,000cyclesandhavenotobservedanychangein
behavior. Hence, there must also be a mixing mechanism affecting the
fi
nal state of the system. We hypothesize thatconvection
[6]
enhances
mixing in the systems with more particle sizes.
In these simulations, the domain consists of a vertical cylinder
with similar properties to the experiments, including friction for both
particle-particle and particle-wall contacts. Shown in
Fig. 8
are time
averaged cell to cell
fl
ow pro
fi
les
[18]
capturing the number and
direction of particles of
all
sizes that enter and exit a cell across the
domain for the three systems under consideration. As the number of
particle sizes increases, the amount of convection increases, exhibited
by larger rolls reaching deeper into the bed, moving upwards in the
centerofthecylinderandfalling nearthewalls.Theparticlesnormally
located near the bottom of the bed are entrained in the bulk
fl
ow and
emerge on the surface of the bed. When comparing
Figs. 6
and
8
, the
depthof the convection rolls coincides withthe approximate heightof
the crystallized band of small particles. This supports our contention
that the system exists in a state of partial crystallization and
convection simultaneously. The downward
fl
ow near the walls in
Fig. 8
is approximately 2×
d
max
, and unlike Knight's classic convection
studies
[6]
, the convection roll is large enough to accommodate even
the largest particles in the system. As a result, all species have access
to the full convection roll and are redistributed throughout the
domain. Therefore, the largest species is not trapped on the surface,
but rather can re-enter the bed and increases the overall system
mixedness. Analogous behavior is observed in the experiments with
the nuts, where visual observation at the top and side walls shows
that for all systems, the larger Brazil nuts are able to descend into the
bulk at the walls. Lengths of the largest vectors (which occur near the
surface)are cappedin the
fi
gures to a maximumof 0.00014 in order to show the motion of the particles in the bulk. Magnitude (uncapped) is
represented by the colormap to the right of all
fi
gures. The reference
vector corresponds to 0.0001 and is the same for each
fi
gure.
All cases have identical input energy and total mass, yet clearly
different
fi
nal conditions. As the only difference between each case is
the number of particle sizes, the particle size distribution must affect
the structure of the bed in some fashion to develop differing states. In
static systems, mixture packing studies have shown that depending
on the size ratio between mixture components, the void fraction of
the mixture may increase or decrease [
38
]. If the size ratio is larger
than a certain critical value, the smaller species will
fi
ll the voids
between the larger component and the overall void fraction of the
mixture decreases. This is called the void
fi
lling mechanism [
39
]. If the
size ratio is less than this critical value, then the smaller component
can only enter the mixture if the larger component is displaced.
McGeary
[40]
determines this critical ratio to be ~7. In this case, the
mixture void fraction is increased and this is called the occupation
mechanism [
39
]. Packing in our system proceeds by the occupation
mechanism because the maximum size ratio is held
fi
xed at 2.
Therefore,theadditionofanintermediateparticlesizeduringtheinitial
fi
lling stage should increase the voidage in the system. To test this
contention, we plot in
Fig. 9
the average solids fraction pro
fi
les for the
threesystems,scaledbythemaximumpackingdensityofahexagonally
close packed monodisperse system
−
HCP:
φ
HCP
=0.7405. As the
number of particle sizes increases, the bed solids fraction decreases,
coinciding with enhanced convection. While these differences in solids
fractiononlycorrespondtoafewpercentchange,ithasbeenshownthat
differences betweenthe densestand mostdilutestatesingranularbeds
arearound10percent
[41]
,soa fewpercentchangeclosetothedensest
state can lead to appreciable changes in dynamics.
One of the hallmarks of dense granular materials is the necessary
condition of dilation to disrupt the interlocking structure before the
particles can
fl
ow past one another [
42
]. Extending this idea, less
consolidation should enhance mobility. Therefore, the additional voids
ofthelessdenselypackedsystemwithmoreparticlesizesmakeiteasier
for the bed to convect, which more frequently interchanges the
positions of the small particles settled to the bottom and the large
particlesnearthe top.Inaddition,theincreased voidage means thatthe
probability of a large particle
fi
nding an accommodating void increases,
opposing the percolation mechanism normally only available to the
smallest particles. Therefore, the
fi
nal state of the system is determined
by a balance between percolation of the smaller particles through the
voids and a convection roll that carries particles from inside the bed to
thesurfaceandthendownalongthewalls.Astheconvectionmagnitude
and depth of penetration is larger for the 11 particle size system, it
remains the better mixed case. The same holds true for the ternary case
overthebinarycase.Thisisnottosaythatthereisnotsegregationinthe
11particle sizesystem, but thesegregationinthatsystemis lessthanin
the binary or ternary system.
To further investigate the role of voids in increasing convection
between the systems, we have plotted the void probability distribution
function (voidage=1
−
solids fraction) for the binary and 11 particle
size systems in
Fig. 10
.This
fi
gure describes the likelihood that a
randomly chosen voidatsomepointinthe bed has a certain sizewithin
therange0to1.Asshownin
Fig.10
,thebinarydistributionhasapeakof
0.24 at
ε
~ 0.38, meaning that there is a 24% chance that the randomly
chosenvoidhasasize
ε
=0.38.Inadditiontothemainpeakofthebinary
distribution, there are a few minor peaks in the range
ε
=0.4
−
0.65,
which we believe are a result of the boundaries in
fl
uencing the packing
of the particles at the walls. Comparing the binary distribution with the
11particle sizes distribution,there is a noticeable shift of themain peak
to the right, or a higher voidage, corresponding to the results presented
in
Fig. 9
; the solids fraction decreases as you introduce additional
intermediate particle sizes. In other words, the average void in the
system of 11 particle sizes is larger than the average void in the binary
system.
การแปล กรุณารอสักครู่..
haracteristic แยกเวลา
[ 3 ]
ถึงคำสั่งของขนาด 2 .
อย่างชัดเจนเพื่อให้อนุภาคเพื่อแยกอนุภาคต่างขนาด
ต้องย้ายที่ความเร็วที่แตกต่างกันในระบบที่นำไปสู่การเป็น
[ 37 ] ux ด้วย
; ifallparticlesalwaysmovedatthesamevelocity
แล้วการจะไม่เกิดขึ้น ถ้าอนุภาคอื่นๆ
ล้อมรอบอนุภาคที่ใกล้เคียงกับขนาดของตัวเองแล้ว มีความโน้มเอียงที่จะแยกและลด
คาดว่าระดับการ ux FL
.
แต่ ifsegregationwastheonlystory thesystemwouldevolveto
, acompletelysegregatedstateifgivenenoughtime . wehaveextended พฤติกรรม thesystemanother12000cyclesandhavenotobservedanychangein
ดังนั้นจึงต้องมีกลไกการผสมมีผลต่อ
,สถานะระบบของระบบ เราพบ thatconvection
[ 6 ]
ผสมเพิ่มในระบบที่มีขนาดอนุภาคมากกว่า .
ในการจำลองเหล่านี้โดเมนประกอบด้วยแนวตั้งกระบอก
ที่มีคุณสมบัติคล้ายกับการทดลองรวมทั้งแรงเสียดทานทั้งอนุภาคอนุภาค และอนุภาคติดต่อ
ผนัง . แสดงในรูปที่ 8
เวลาเฉลี่ยเซลล์
โอ๊ยโปร
fi fl เลส
[ 18 ]
จับเลขทิศทางของอนุภาคของ
ขนาดทั้งหมดที่เข้าและออกจากเซลล์ข้าม
โดเมนสำหรับ 3 ระบบ ภายใต้การพิจารณา เป็นหมายเลขของ
ขนาดอนุภาคเพิ่มขึ้น ปริมาณเพิ่มขึ้นแบบจัดแสดง
โดยขนาดใหญ่ม้วนเข้าถึงลึกเข้าไปในเตียง ย้ายขึ้นไปใน theparticlesnormally
centerofthecylinderandfalling nearthewalls .ตั้งอยู่ใกล้กับด้านล่างของเตียง entrained ในกลุ่ม
ด้วยโอ๊ยและออกมาบนพื้นผิวของเตียง เมื่อเปรียบเทียบ
Figs และ 6
8
,
depthof convection ม้วนสอดคล้องกับประมาณ heightof
วงเป็นก้อนของอนุภาคขนาดเล็ก นี้สนับสนุนการต่อสู้ของเรา
ที่ระบบมีอยู่ในรัฐของการตกผลึกบางส่วนและ
แบบพร้อมกัน
ชั้นลงโอ้วใกล้ผนังในรูปที่ 8
ประมาณ 2 ×
D
สูงสุด และแตกต่างจากของอัศวินคลาสสิกศึกษาการพาความร้อน
[ 6 ]
, แบบม้วนมีขนาดใหญ่พอที่จะรองรับแม้แต่
อนุภาคที่ใหญ่ที่สุดในระบบ เป็นผลให้ทุกสายพันธุ์มีการเข้าถึงแบบเต็มเพื่อม้วน
และแจกจ่ายตลอด
โดเมน ดังนั้น ชนิดที่ใหญ่ที่สุดคือไม่ติดบนพื้นผิว
แต่สามารถใส่เตียง และเพิ่มระบบ mixedness
โดยรวม พฤติกรรมที่คล้ายกันเป็นที่สังเกตในการทดลองกับ
ถั่วที่สังเกตภาพที่ด้านบนและผนังด้านข้างแสดง
ที่ทุกระบบ ใหญ่กว่าถั่วบราซิลสามารถลงไปยัง
ขนาดใหญ่ที่ผนัง ความยาวของเวกเตอร์ที่ใหญ่ที่สุด ( ซึ่งเกิดขึ้นใกล้
ผิว ) cappedin
gures Fi เพื่อ maximumof 000014 เพื่อแสดงการเคลื่อนที่ของอนุภาคในกลุ่ม ขนาด ( uncapped )
แสดงโดย colormap ทางขวาเลย
gures Fi . อ้างอิง
เวกเตอร์ตรงกับ 0.0001 และเหมือนกันสำหรับแต่ละ
,
gure .
ทุกกรณีมีข้อมูลที่เหมือนกันและมวลพลังงานทั้งหมด แต่ที่แตกต่างกันชัดเจน
Nal Fi เงื่อนไข เป็นข้อแตกต่างระหว่างแต่ละคดี
จำนวนของขนาดอนุภาคขนาดของอนุภาค การกระจายจะต้องมีผลต่อ
โครงสร้างของเตียงในบางแฟชั่นพัฒนารัฐแตกต่าง ใน
ระบบไฟฟ้าสถิต ผสมบรรจุ มีการศึกษาแสดงให้เห็นว่าขึ้นอยู่กับ
ตามขนาดอัตราส่วนระหว่างช่องว่างของส่วนประกอบผสมเศษ
ส่วนผสมอาจจะเพิ่มหรือลดลง 38 [
] ถ้าอัตราส่วนขนาดมีขนาดใหญ่กว่าแน่นอนค่า
อย่างชนิด ที่เล็กกว่าจะ
ll
, ช่องว่างระหว่างองค์ประกอบโดยรวมขนาดใหญ่และช่องว่างเศษส่วนของ
ผสมลดลง นี้เรียกว่าความว่างเปล่า
fi ระหว่างประเทศ กลไก [
] 39 . ถ้า
ขนาดสัดส่วนน้อยกว่าค่าวิกฤตนี้แล้ว มีองค์ประกอบ
สามารถป้อนส่วนผสมถ้าขนาดใหญ่เป็นองค์ประกอบพลัดถิ่น .
mcgeary
[ 40 ]
กำหนดอัตราส่วนวิกฤตนี้เป็น ~ 7 ในกรณีนี้ ,
โมฆะ ส่วนผสมจะเพิ่มขึ้นและนี้เรียกว่าอาชีพ
กลไก [ 39 ] เงินที่บรรจุในระบบของเราโดยกลไกอาชีพ
เนื่องจากอัตราส่วนขนาดสูงสุดคือจัด
fi xed ที่ 2
เพราะฉะนั้น theadditionofanintermediateparticlesizeduringtheinitial Fi lling เวที ควรเพิ่มสัดส่วนในระบบ เพื่อทดสอบการต่อสู้นี้
รูปที่ 9 เราพล็อตในส่วนโปร
โดยของแข็งFi
เลสสำหรับ threesystems scaledbythemaximumpackingdensityofahexagonally
,
monodisperse ปิดบริการระบบคลาวด์ บริษัท เวสเทิร์น φ :
= 0.7405 HCP . เป็น
จำนวนของขนาดอนุภาคเพิ่มขึ้น เตียงแข็งสัดส่วนลดลง
ประจวบกับการหมุนเวียนเพิ่มขึ้น ในขณะที่ความแตกต่างเหล่านี้ในของแข็ง fractiononlycorrespondtoafewpercentchange ithasbeenshownthat
,ความแตกต่างระหว่าง densestand mostdilutestatesingranularbeds
arearound10percent
[ 41 ]
, SOA สามารถนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงรัฐ fewpercentchangeclosetothedensest
ชดช้อยในพลศาสตร์ หนึ่งใน hallmarks ของหนาแน่นวัสดุเม็ดเป็นเงื่อนไขของการจำเป็น
รบกวนประสานโครงสร้างก่อน
โอ้ว อนุภาคสามารถมีอดีตกัน 42 [
] การขยายแนวคิดนี้ น้อยกว่า
รวมควรเพิ่มการเคลื่อนไหว ดังนั้น การเพิ่มช่องว่าง ofthelessdenselypackedsystemwithmoreparticlesizesmakeiteasier
สำหรับเตียง convect ซึ่งบ่อยแลกเปลี่ยน
ตำแหน่งของอนุภาคขนาดเล็กตกลงไปด้านล่างและด้านบน particlesnearthe ใหญ่
theincreased หมายถึงว่ามีสัดส่วนความน่าจะเป็นของอนุภาคขนาดใหญ่
fiรองรับการส่งเพิ่มโมฆะ
ต่อต้านการซึมกลไกปกติใช้ได้เฉพาะกับ
ขนาดเล็กอนุภาค ดังนั้น
Nal Fi สถานะของระบบกำหนด
โดยสมดุลระหว่างการซึมผ่านของอนุภาคขนาดเล็กและแบบม้วน
ช่องว่างซึ่งมีอนุภาคจากภายในเตียง astheconvectionmagnitude
thesurfaceandthendownalongthewalls .และความลึกของการสอดใส่ขนาดใหญ่สำหรับ 11 ขนาดอนุภาคในระบบ มัน
ยังคงกรณีผสมดีกว่า เดียวกันถือเป็นจริงสำหรับไตรภาคคดี
overthebinarycase . thisisnottosaythatthereisnotsegregationinthe
11particle sizesystem แต่ thesegregationinthatsystemis lessthanin ระบบไบนารีหรือประกอบไปด้วย
.
สืบต่อบทบาทของช่องว่างในการเพิ่มการหมุนเวียน
ระหว่างระบบเราได้วางแผนโมฆะความน่าจะเป็นฟังก์ชัน (
=
− 1 สัดส่วนของแข็งเศษส่วน ) สำหรับไบนารีและ 11 ระบบอนุภาคขนาด
รูปที่ 10 ในนี้
gure Fi อธิบายถึงโอกาสที่สุ่มเลือก voidatsomepointinthe
เตียงมี therange0to1 sizewithin
แน่นอน asshownin
thebinarydistributionhasapeakof fig.10 , ต้นทุน ที่ε
~ 0.38 , ความหมายว่ามี 24 % โอกาสที่สุ่ม
chosenvoidhasasize
= 0.38 ε กระจาย inadditiontothemainpeakofthebinary
มีเพียงเล็กน้อยในช่วงεยอด
= − 0.4
0.65 ,
ซึ่งเราเชื่อว่าเป็นผลของขอบเขตใน FL
uencing บรรจุของอนุภาคที่ผนัง การเปรียบเทียบการกระจายไบนารีด้วย
11particle ขนาดกระจาย มีการเปลี่ยนแปลงที่เห็นได้ชัดของส่วนยอด
ไปทางขวา หรือ สัดส่วนที่สูงขึ้น ,ที่สอดคล้องกับผลลัพธ์ที่แสดงในรูปที่ 9
; ของแข็งสัดส่วนลดลงตามที่คุณแนะนำเพิ่มเติม
กลางอนุภาคขนาด ในคำอื่น ๆในระบบของโมฆะเฉลี่ย
11 ขนาดอนุภาคขนาดใหญ่กว่าช่องว่างเฉลี่ยในระบบไบนารี่
การแปล กรุณารอสักครู่..