準二維濕顆粒體系融化過程中的結構與缺陷*

王蓬 孔平 李然 華云松 厚美瑛 孫其誠

1) (上海理工大學醫療器械與食品學院， 上海 200093)

2) (上海健康醫學院分子影像學重點實驗室， 上海 201318)

3) (上海理工大學光電信息與計算機工程學院， 上海 215300)

4) (中國科學院物理研究所， 北京 100190)

5) (清華大學土木水利學院， 北京 100084)

研究顆粒體系中的結構與缺陷對于研究固-液融化的物理機制具有重要的價值.本文實驗研究了垂直振動下單層濕顆粒在固-液融化過程中的結構與缺陷.根據實驗及理論分析構建了濕顆粒體系的接觸模型， 量化了準二維濕顆粒體系融化過程中顆粒的結構變化.然后以顆粒為點建立Voronoi圖對顆粒體系的“相”轉變進行研究， 并引入了局部體積分數來確定融化過程中缺陷變化的臨界狀態.實驗結果表明， 顆粒系統在團簇的邊緣開始發生缺陷， 并呈現鏈狀的缺陷對向中心蔓延的現象.并且， 顆粒發生缺陷時七相缺陷顆粒的局部體積分數顯著減小， 明顯小于五相缺陷和六角相顆粒的局部體積分數.對局部體積分數的分析表明， 當最小局部體積分數 φ ≤0.6652 時發生缺陷， 當 φ ≤0.4872 時顆粒系統發生從固體到液體的轉變.

1 引 言

研究濕顆粒在融化過程中結構與缺陷的演變對了解固體和液體之間的轉化發揮重要作用[1，2].缺陷的產生與蔓延導致結構發生顯著變化， 是固-液融化“相”變的物理機制[3，4].在準二維顆粒體系中， 粒子的結構可用來表征“相”狀態[5].因此， 可根據粒子在空間中缺陷的變化來描述“相”變化的過程……