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研究亮点

成都山地所在泥石流颗粒分选机理和固液两相流动力学特性研究取得重要进展

时间:2022-04-02   文章编辑:   文本大小:【 |  | 】  【打印

    颗粒物质分选机理和效应是泥石流动力学的前沿研究课题,目前现有干颗粒流分选理论并不能很好的解释泥石流颗粒分选的现象,颗粒分选对泥石流的流态以及流动性的影响也还缺少相关的研究。针对该问题,成都山地所周公旦研究员及其课题组开展了大量的物理模型实验和流固耦合的数值模拟实验,系统分析不同流体密度和粘度对固液两相流(固相是密集双粒径颗粒流)颗粒分选的影响,取得了重要研究进展。
    研究初步发现了泥石流颗粒分选的临界条件,并从微观力学角度分析发现,流体通过降低颗粒流内部颗粒间接触应力梯度(contact stress gradients)和形成流核(plug zones)来减弱颗粒分选。研究建立了固液两相流广义的粘—惯性本构模型(generalized visco-inertial constitutive model),可表征颗粒-流体混合物中的颗粒分选效应。通过研究,提出了考虑流体作用的颗粒分选速率(segregation rate)和颗粒扩散(diffusion)速率方程(以斯托克斯数Stokes number、惯性数Inertial number为主导函数),建立了可考虑颗粒-流体混合物粘性效应(颗粒分选速度和扩散速度)的固液两相流连续介质动力学新模型。研究成果为明确泥石流颗粒分选机理和固液两相流的动力学特性、准确研判泥石流的运动路径和影响范围提供了重要的动力学模型。

相关研究得到了国家自然科学基金项目、中组部“万人计划”人才项目、中科院“西部之光”人才项目、中巴地球科学研究中心、一带一路”国际科学组织联盟(ANSO)的支持。成果论文发表在地学和流体动力学国际知名期刊Journal of Geophysical Research: Solid earthPhysics of fluids、Physical Review Fluids。

附原文链接:https://doi.org/10.1029/2020JB019536

https://doi.org/10.1029/2021JB022274

https://doi.org/10.1063/5.0024762

https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.7.014305


 

                        不同流体环境下(空气、水、泥浆体),不同大小颗粒的分选速率随颗粒浓度的变化规律图

                                                                                       

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