基于颗粒流(PFC)的Fish语言编写了二维颗粒流程序,构建了二维混凝土细观模型,采用标定后的PB模型参数,对不同尺寸混凝土的破坏裂纹演化和破坏机理进行分析。模拟结果表明: 混凝土单轴抗压破坏是水泥砂浆界面以及骨料与水泥砂浆交界面裂纹扩张和演化造成的; 不同的尺寸以及随机骨料的分布会对混凝土的峰值应力和破坏模式有一定的影响; 单轴抗压试件内的裂纹起始于水泥砂浆界面,随后以骨料与水泥砂浆的交界面为主开始延伸,并随着载荷增加向混凝土内部发展,到90%峰值抗压强度后,裂纹的延伸速度和增加速度进入突增阶段,主裂纹和水泥砂浆界面的次生裂纹相互作用,呈现出贯穿状,使混凝土试件破坏; 随混凝土尺寸的增大和骨料数量增加,裂缝数量增加,且随混凝土尺寸的减小,裂纹突增的速度与数量比例更大。

为满足中国加速器驱动的次临界系统（C-ADS）对于可靠性的要求, 计划采用基于螺线管的电磁垂直输运方案, 将经过质子束辐照后下落的散裂靶颗粒球再次输运至初始高度。基于解析方法对颗粒流垂直输运装置进行了分析和设计, 通过基于螺线管散热、径轴向颗粒流聚散焦效应和互感损耗等方面的考虑, 得到了适合于垂直输运颗粒流的螺线管驱动方式和螺线管构型及排布。利用基于本文解析方法的模拟程序, 对不同输运管道内径、不同螺线管驱动电流和不同螺线管构型和排布下的颗粒流垂直输运装置进行了模拟, 并从中筛选出了该装置的优化设计。模拟表明, 采用该优化设计的输运装置可将质量流量为19.6 kg/s的颗粒流垂直输运至40 m高度, 并满足颗粒球出口速度足够大的要求。

空间滤波测速法具有结构简单、稳定性好和适用性强等优点, 但传统线阵CCD空间滤波测速法要求CCD阵列方向与待测物体的运动方向一致, 因此不适合测量复杂的流场。针对这一问题, 本文提出了基于面阵CCD相机的空间滤波测速方法。对采集到测量区域的一系列面阵CCD输出图像进行处理, 在图像水平方向和垂直方向分别进行隔行采样, 模拟多狭缝空间滤波特性, 实现了对障碍流颗粒速度的光学非接触式测量。针对复杂流场功率谱密度的特点, 利用能量重心校正频谱提高了系统测量精度。通过调节传送带速度对本系统进行标定, 实现了不同速度下的流速测量, 平均误差小于4%。利用本系统还测量了由玻璃砂模拟的泥石流速度场分布, 最后讨论了空间周期和测量时间对测量结果的影响。结果表明, 采样时间大于0.5 s时, 测量结果趋于稳定, 空间分辨率最小可达1.28 mm。

针对目前颗粒流速度场测量手段较单一的现状,系统介绍了基于数字图像技术的颗粒流速度场测量方法。通过对各种测量原理和使用条件的分析比较,指出了这些方法的特点和存在的主要问题,并结合颗粒流测量特点给出了这些测量方法在颗粒流速度场研究中的具体应用条件。此外,还讨论了数字图像技术在休止角测量方面的应用,以及这些测量方法在国内外的应用情况。这将对后续利用数字图像技术研究颗粒流提供指导。

散斑可见度光谱法是近年来兴起的研究密集颗粒流运动的新方法。针对散斑可见度光谱法测取颗粒温度的实验中,如何消除相干因子测量过程中的误差进行了研究。比较了静态散斑对比度以及散斑对比度系数的计算方法以及消除相干因子的方法,实验测量结果表明,由散斑对比度系数消除相干因子的方法能最大程度地保留测量准确度。该方法能够消除由环境不同及激光不稳定所带来的误差,使得同类实验具有更好的对比性。同时给出了计算量较大导致的时间分辨率较低这一问题的解决方法。

为了明确在应用激光诱导击穿光谱技术进行煤粉流物质成分在线检测过程中, 煤粉粒径大小对激光诱导煤粉流等离子体特性的影响, 利用螺杆给料机搭建煤粉颗粒流检测平台, 分析了粒径不同的6种煤粉流等离子体的光谱数据。结果表明, 在相同的实验条件下, 随着煤粉颗粒粒径减小, 等离子体的电子密度和温度升高, 粒径小于50μm与粒径为250μm~300μm的样品的等离子体电子密度和温度分别升高了19.89%和13.13%;煤粉粒径大小对激光诱导煤粉流等离子体特性有很大影响, 选取合适的煤粉粒径不仅可以提高光谱强度而且元素检出限也得到改善, 更有利于检测样品中含量低的元素。

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术应用于颗粒流的直接测量是实现固体物料特性在线监测的有效途径之一。以不同粒径的高纯石英砂为研究对象, 利用高精度的连续给粉机产生稳定连续的石英砂颗粒流。脉冲激光在大气环境下分别激发5组不同粒径的石英砂颗粒流, 研究LIBS直接测量颗粒流时的粒径效应及其修正方法。研究结果表明, 在相同粒径下质量流量小范围波动对激光等离子体光谱强度没有显著影响, 而粒径波动则会引起光谱强度的较强变化, 光谱强度随着粒径的减小而增强。通过分析各粒径的颗粒流在不同光谱信号探测延迟时间下的光谱特性, 发现在2~4 μs的延迟时间区间内, 粒径效应较弱。在此优化延时基础上, 将颗粒流直接激发时同步产生的N谱线作为石英砂组分谱线的内标时, 可以进一步减弱粒径效应, 从而获得可以表征颗粒流基体特性的修正光谱强度。在N元素的各条特征谱线中, 343.76 nm谱线的修正效果最佳。

颗粒流模式转变的研究具有重要的理论和现实意义,以滚筒内的颗粒流作为研究对象,采用动态散斑测量法研究了颗粒流的间歇崩塌和连续流动2种模式之间的转变机理。目的是利用动态散斑方法对滚筒颗粒运动进行研究,并尝试从两种状态持续时间的概率分布上对其转变机理做出阐述。通过CCD相机得到散斑图像,对散斑图像做对比度分析得到滚筒内颗粒运动速度跟时间的图像,进而提取出崩塌时间、连续时间、崩塌持续时间、崩塌间隔时间,并对其进行分布统计、曲线拟合、结果显示，两种状态转变不是突变性,而是存在一个2种状态共存的过渡状态,并且是随着各自的存在概率变大或者变小而逐渐地稳定下来。