- 文献综述（或调研报告）：
关于颗粒表面粘湿性对堆积休止角的调研报告
颗粒的堆积看似是一个简单现象，其实是由许多因素共同影响的一个力学问题，其中我们尤为关注湿颗粒的堆积问题。湿颗粒的堆积主要涉及到液桥力和摩擦力以及重力的影响，其中含湿量又会影响到液桥力以及摩擦力的大小，故而颗粒堆积中湿颗粒的含量或者说颗粒表面的粘湿性对于颗粒的堆积影响很大。
（一）建立模型
赵啦啦等[1]使用了离散元法建立模型。离散元法(discrete element method, DEM)是 20世纪70年代发展起来的用于计算散体介质系统力学行为的一种数值方法,在岩土工程、采矿工程、矿物加工、物料分选等散体工程技术领域得到了成功的应用,成为目前研究颗粒系统行为的一种有效数值方法[7]。
颗粒形状和湿颗粒间液桥力对颗粒堆积特性具有显著的影响, 然而目前颗粒堆积问题的研究大多采用干燥的球形颗粒,忽略了颗粒形状和由水分引起的颗粒间液桥力的影响。因此，利用基于线性黏聚接触模型的离散元法对湿颗粒系统的堆积过程进行数值模拟,可以比较干湿颗粒之间以及球形与块状颗粒堆之间的堆积特性,并对颗粒堆内颗粒间的作用力及其分布特征进行分析,为深入理解和进一步完善颗粒堆积理论提供参考依据。
为了使非球形颗粒模型具有适中的计算复杂度和模拟精度, 采用多球叠加法构造块状 颗粒模型,并将块状颗粒模型进行了相应的简化处理。
湿颗粒的堆积在接触颗粒间形成了液桥而引入了液桥力，故采用线性黏聚接触模型对湿颗粒进行离散元法模拟。该模型是在传统Hertz-Mindlin软球干接触模型的基础上增加一个法向黏聚力。当模拟对象为宏观颗粒系统（粒度6mm）时，颗粒的分子间作用力与液桥力相比很小，而静电力一般只对干燥环境下的微小颗粒具有比较明显的作用，故可以在分析中将分子间作用力和静电力予以忽略，计算模型中的粘聚力仅限于由外在水分引起的液桥力。颗粒在运动过程中主要受三种作用力，即自身重力、颗粒间的法向及切向碰撞接触力和液桥力。 此外,颗粒还受到两种力矩的作用,即切向力造成的力矩和滚动摩擦力矩,则i个颗粒的运动 方程可由以下两式表示:
式中, m和I分别表示小球的质量和转动惯量,ni表示与小球i接触的颗粒总数, V表示移动速度,omega;表示角速度, t表示时间, g为重力加速度, 法向作用力Fn,ij 和切向作用力Ft,ij 及切向力矩Tt,ij 和滚动摩擦力矩均Tr,ij 可由颗粒离散元法基本原理求得, 线性黏聚接触模型中液桥力Fcoh 的大小可由下式求得:
式中, A是软球颗粒模型中颗粒的接触面积, k表示黏聚能量密度(J/m3)。虽然在该线性黏聚接触模型中没有额外增加切向接触力, 但是由软球接触模型理论可知,当法向接触力增加时,颗粒间的切向作用也随之增强,颗粒抵挡切向滑动的能力增加。在上述力和力矩的综合作用下,颗粒进行移动和滚动运动。
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