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凝聚态物理 > 软凝聚态物理

arXiv:2507.01248 (cond-mat)
[提交于 2025年7月1日 ]

标题: 宽范围剪切颗粒流中的颗粒尺寸分选效应

标题: Scaling particle-size segregation in wide-ranging sheared granular flows

Authors:Tianxiong Zhao, Daisuke Noto, Xia Li, Tomás Trewhela, Hugo N. Ulloa
摘要: 基于入侵者实验和模拟,已经提出了描述剪切驱动的粒径分选的标度关系。 尽管这些模型在均匀剪切率下与实验和数值结果一致,但它们在不同剪切率条件下的有效性仍不确定。 在此,我们采用离散元方法(DEM)模拟,在广泛变化的剪切率条件下研究剪切颗粒流中的粒子粒径分选。 我们发现,分选速度与局部流变条件之间的标度关系仅在中等惯性数范围($0.01 < I < 0.1$)内成立,在准静态和碰撞区域则失效。 此外,我们表明,这种差异会导致连续模型在二元混合物中错误预测分选速率。 这些发现强调了需要更通用的标度定律,以捕捉更广泛的剪切率条件和区域中的分选动力学。
摘要: Scaling relationships have been proposed to describe shear-driven size segregation based on intruder experiments and simulations. While these models have shown agreement with experimental and numerical results under uniform shear rate, their validity across varying shear-rate conditions remains uncertain. Here, we employ Discrete Element Method (DEM) simulations to investigate particle size segregation in sheared granular flows under wide-ranging shear-rate conditions. We find that the scaling between segregation velocity and local rheological conditions holds only within a moderate inertial number range ($0.01 < I < 0.1$), and breaks down in both quasi-static and collisional regimes. Furthermore, we show that this discrepancy leads continuum models to mispredict segregation rates in bidisperse mixtures. These findings emphasize the need for more generalized scaling laws capable of capturing segregation dynamics across a broader spectrum of shear-rate conditions and regimes.
评论: 14页,11图
主题: 软凝聚态物理 (cond-mat.soft) ; 流体动力学 (physics.flu-dyn); 地球物理 (physics.geo-ph)
引用方式: arXiv:2507.01248 [cond-mat.soft]
  (或者 arXiv:2507.01248v1 [cond-mat.soft] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.01248
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Hugo Ulloa [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 7 月 1 日 23:46:28 UTC (6,172 KB)
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