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Front dynamics and surface morphology of wet granular flows
down an inclined channel
通过实验研究了沿倾斜通道释放的湿颗粒材料的流动。观察到的流动揭示了对应于不同倾角的三种典型流态，与在干燥颗粒情况下观察到的动力学一致。间隙液体的存在显著增加了这些状态之间转换所需的临界角。每种状态在正面形状和表面形态方面都表现出独特的演变特征，主要取决于颗粒之间的毛细管力引起的晶粒尺度内聚力，这与颗粒尺寸直接相关。因此，在两个相关参数的相空间中构建了封装湿颗粒流不同特性的相图，强调了湿颗粒流的前部形状和表面形态，同时考虑了相关的流态。此外，还根据内聚力对粒子运动的影响讨论了生成机制。最后，基于动量守恒定律和 Savage-Hutter 理论的简化理论模型被开发出来，以描述在倾斜湿颗粒流的不同状态下锋面的演变特征。本研究对含液颗粒在粗糙倾斜通道上的流动进行了实验研究，重点研究了流动过程中锋面形状和表面形貌的演变特征。实验结果表明，湿颗粒在不同条件下的流动行为不同，主要取决于颗粒大小和倾角。这两个参数的变化不仅会改变前缘形状，还会引起流动自由表面在光滑和粗糙之间的过渡。此外，在粗糙的斜面上释放时，湿颗粒在不同的倾角下表现出三种不同的流动形式，与干燥颗粒情况下观察到的动力学一致。关键的区别在于液体的存在引起的内聚，导致标志着不同流型之间过渡的临界角的显著增加。这种效应在较小的颗粒尺寸下尤为明显。实验结果证实，颗粒间内聚和流动型态对湿颗粒流锋的动力学和自由表面的形态起着重要的决定作用。在我们的实验中，前者主要依赖于与粒径直接相关的毛细力，而后者主要受倾角h的影响。因此，通过引入键数Bo来量化颗粒尺度上的内聚，我们构建了一个相图，该相图包含了湿颗粒材料在相空间Bo；h ð Þ中的不同流动特性。该图特别强调仔细观察湿颗粒流的前缘形状和表面形态，同时考虑相关的流动状态。在此基础上，我们对湿颗粒流中的各种流动现象进行了详细的分析，基于毛细力对颗粒运动的影响，探索了它们的产生机制，为粘性效应对湿颗粒材料宏观流动行为的影响提供了新的视角。借鉴水平面上颗粒坍塌的模拟方法，模拟了流锋的运动方程。该方程基于所选剖面的动量守恒，可有效预测前缘位移和速度在稳定和加速状态下的演化特征。在减速流动的情况下，湿颗粒在强摩擦作用下的压实增强，导致流锋面的堆积率更高。在这种情况下，可以通过将Savage-Hutter理论简化到一个空间维度来确定流锋的瞬时速度，从而减小驱动力的大小，减轻流锋内体积分数增加所产生的影响。本研究建立的理论模型在预测不同流型的倾斜湿颗粒流锋面演化特征方面具有准确性。。
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