Nature of granular drag in microgravity
Duke Kunshan University（杜克昆山大学）；Westlake University（西湖大学）；Universität Bayreuth（拜罗伊特大学）；University of Navarra（纳瓦拉大学）
研究微重力环境下颗粒阻力的本质，发现其阻力系数在微重力条件下保持恒定，而在有重力时出现额外项。
2026-03-03 cond-mat.soft physics.space-ph
Granular piston-probing in microgravity: powder compression, from densification to jamming
本文通过地面与微重力下的活塞压缩实验，发现微重力下颗粒堵塞发生在更低堆积分数，并归因于重力缺失导致颗粒重组驱动力减弱及内聚作用增强，结合微观与连续介质分析解释了该现象。
2022-10-27 cond-mat.soft
Granular Shear Flow in Varying Gravitational Environments
尽管它们的表面重力很低，但小行星表现出许多涉及颗粒物质的不同地质过程。了解这种粒状物质在微重力条件下对外力的反应，对于设计成功的小行星表面下取样机制和解释小行星上迷人的地质情况至关重要。我们已经设计和飞行泰勒-库埃特剪切细胞调查颗粒流由于旋转剪切力条件下的抛物线飞行微重力。实验在弱压缩条件下进行。首先，我们提出的技术细节的实验设计，特别强调设备是如何专门设计的抛物线飞行环境。然后，我们研究如何在不同的重力环境中的旋转剪切力引起的稳态颗粒流不同。我们发现，在垂直于有效加速度的方向上，对颗粒材料的恒定剪切的效果，似乎不受重力的强烈影响。这意味着剪切带可以在弱引力场的存在下形成，就像在地球上一样。
2013-06-07 astro-ph.EP cond-mat.soft physics.geo-ph
Monitoring Three-Dimensional Packings in Microgravity
我们目前的结果，从实验中实现的抛物线飞行在微重力下的三维颗粒填料。采用两种不同的技术来监测压实过程中填料的内部：（1）X射线照相术用于测量透射中颗粒位置的综合波动。(2)应力双折射在三维应用可视化的压力内的包装。被发现到逮捕包装的过渡下方的颗粒运动产生一个良好的搅拌状态。在过渡时，粒子迅速失去能量，形成应力网络。使用这两种方法，可以识别非被捕粒子（响尾蛇）。特别是，它被发现，内被捕的包装可以被激发到可观的动态的静止加速度（g-抖动）在抛物线飞行过程中，而不破坏包装。在低速率的压实，一个政权的缓慢颗粒冷却。缓慢的冷却持续几秒钟，可以用线性定律很好地描述，并在完全停止填充之前终止于动力学的快速最终崩溃。
2013-12-21 cond-mat.soft
Scaling of convective velocity in a vertically vibrated granular bed
实验研究了小行星表面风化层迁移的一种可能机制--颗粒对流的速度标度。为了评价颗粒对流对风化层迁移的贡献，必须揭示微重力条件下颗粒对流的速度。虽然在实验室中很难控制重力加速度，但可以通过系统的实验来评估包含重力效应的标度关系。因此，我们进行了这样一个系统的实验振动诱导颗粒对流。根据实验数据，得到了颗粒对流速度的标度形式。得到的标度形式意味着颗粒对流速度可以分解为两个特征速度分量：振动和重力速度。此外，系统大小的依赖性也被缩放。根据标度形式，当归一化振动加速度固定时，颗粒对流速度$v$依赖于重力加速度$g$为$v \propto g^{0.97}$。
2014-05-30 cond-mat.soft physics.geo-ph
Granular convection and the Brazil nut effect in reduced gravity
我们提出了垂直振动颗粒介质的实验室实验，该介质由直径1 mm的玻璃珠和嵌入的直径8 mm的入侵玻璃珠组成。这些实验是在实验室中进行的，也是在减轻重力条件下（火星和月球重力水平）进行的抛物线飞行。我们测量了大玻璃珠的平均上升速度，并提出其依赖于样品容器的填充高度，激发加速度和环境重力水平。我们发现，上升速度的规模在所有三个重力制度以相同的方式，并大致与重力成线性关系。
2013-04-02 astro-ph.EP cond-mat.soft
Role of defects in the onset of wall-induced granular convection
通过实验和二维计算机模拟研究了垂直振动颗粒物质中壁诱导对流的发生。在模拟和实验中，我们发现壁诱导对流发生在参数空间的弹跳床区域内，其中颗粒床表现得像一个弹跳球。实验和模拟之间的一个很好的协议被发现在对流开始的峰值振动加速度。通过比较初始化和没有缺陷的模拟结果，我们发现，对流的发生在较低的振动强度，在存在缺陷。此外，我们发现，在一个完美的六角晶格中初始化的颗粒粒子的对流有关的缺陷的成核和过程中描述的阿罗修斯定律。
2015-03-23 cond-mat.soft
Surface band segregation and internal convection in rotating sphere densely filled with granular material: Experiments
虽然部分填充容器中的颗粒分离已被广泛研究，但致密填充球体中的颗粒动力学尚未完全了解。在这里，表面带偏析和颗粒对流报告在一个旋转的高度紧凑的玻璃珠球。与Rayleigh-Benard对流不同的是，颗粒对流是一种蝴蝶状的结构，由大小颗粒层交替组成的涡旋，这种结构是稳定的，不受颗粒大小的影响。在零切向/范数通量的两个同心界面被发现，从表面到核心分为三层的球。控制旋转球体中干扰动力学的定律仍然是一个悬而未决的问题。
2021-09-20 cond-mat.soft nlin.AO
Importance of convection in the compaction mechanisms of anisotropic granular media
我们报告了在垂直抽头颗粒介质中新的涡旋模式的实验观察。根据攻丝加速度，观察到两种行为。在高加速度下，整个介质中出现一个对流涡，而在低加速度下，两个不稳定的涡出现在介质的上部，并缓慢地压缩下部。我们解释了旋涡的形成，并将它们与颗粒对流。我们的研究结果表明压缩波传播的重要性颗粒压实。
2005-01-11 cond-mat.other cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Zero-gravity thermal convection in granular gases
以前的实验和理论证据表明，对流可能会出现在颗粒流体，如果受到热梯度和重力（瑞利-贝纳德型对流）。与此相反，我们在这里提出的证据无重力热对流的颗粒气体，没有外部热梯度的存在。在这里，由于耗散和相同温度下的热源，对流通过内部梯度保持稳定。颗粒气体由相同的圆盘组成，并被封闭在一个矩形区域内。我们的研究结果是通过一个事件驱动算法的非弹性硬盘。
2020-07-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Onset of thermal convection in a horizontal layer of granular gas
本文应用Navier-Stokes颗粒流体动力学方法研究了水平无限大颗粒气体层中热对流的阈值。对流阈值的依赖性，在粒子碰撞的非弹性，弗劳德和努森numbers.A简单的必要条件，制定在史瓦西准则，众所周知的（可压缩）经典流体的热对流。对流细胞的形态在发病时确定。当弗劳德数很大时，弗劳德数就不存在了。当弗劳德数趋于零时，对流不稳定性转变为最近发现的相分离不稳定性。
2002-12-06 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Hydrodynamics of thermal granular convection
一个流体动力学理论制定浮力驱动（“热”）颗粒对流，最近预测在分子动力学模拟和实验观察。考虑了稀流的极限。该问题完全由三个缩放参数来描述。对流通过超临界分岔发生，碰撞的非弹性是控制参数。该理论预计是有效的小努森数和近弹性颗粒碰撞。
2002-01-03 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Thermal convection in granular gases with dissipative lateral walls
我们考虑在重力作用下的粒状气体，它被振动的基座流化。我们表明，水平温度梯度，在这里引起的限制耗散侧壁（DLW），总是导致颗粒热对流（DLW-TC），这是本质上不同于普通的浮力驱动的对流（BD-TC）。在BD-TC被抑制的实验中，通过用斜面减少重力，我们总是观察到每个侧壁旁边的DLW-TC细胞。随着重力和/或颗粒数量的增加，这种细胞向最近的壁挤压。分子动力学模拟再现了实验结果，并表明，在大重力或颗粒数的DLW-TC几乎检测不到。
2016-08-23 cond-mat.soft
Phase-coexisting patterns, horizontal segregation and controlled convection in vertically vibrated binary granular mixtures
我们报告的新模式，包括共存的次谐波/谐波和异步状态[例如，一个颗粒气体共存（i）弹跳床，（ii）波动的次谐波和（iii）Leidenfrost样状态]，在实验中垂直振动的二元颗粒混合物在Heleshaw型细胞。大多数实验已经用相同直径的玻璃球和钢球的等摩尔二元混合物通过改变总层高度（$F$）用于一系列摇动加速度（$Γ$）来进行。通过对同一体系的分子动力学模拟，再现了（$Γ, F$）-平面上的所有模式以及相关的相图。较重和较轻的粒子沿水平方向的偏析被证明是这种相共存模式的祖先，在实验和模拟中证实。在强震动下，我们发现了一个{ \it partial}对流态，其中一对对流卷被发现与Leidenfrost状态共存。两种物质的相对数密度控制浮力驱动的颗粒对流的关键作用被证明。基于各向异性扩散，提出了一种可能的自发水平偏析模型。
2017-12-27 cond-mat.soft
Dissipative lateral walls are sufficient to trigger convection in vibrated granular gases
浮力驱动的（热）对流在稀颗粒介质中，由振动基地流化，是已知的出现，而不需要在一个受限制的区域的参数（非弹性，重力，能量注入的强度）的横向边界。我们最近发现了第二种浮力驱动的对流效应，其发生在任何参数值下，只要颗粒与侧壁的碰撞是非弹性的（Pontuale等人，物理修订版信函117，098006（2016））。据了解，这种新的对流效应是严格相关的垂直能量通量的存在：一个垂直的，引起的体积和壁的非弹性，和一个水平的，只引起在墙壁上的耗散。在这里，我们首先回顾这些以前的结果，然后提出新的实验和数值数据的变化的盒子的几何形状，能量注入的强度，粒子的数量和宽度的盒子。
2017-06-30 cond-mat.soft
On the brink of jamming: Granular convection in densely filled containers
颗粒在自然界和技术中无处不在，但尽管它们非常重要，但它们的动力学远不如液体那么好理解。我们证明了在一个几乎紧凑的填充平面（Hele-Shaw）细胞，缓慢的水平旋转模拟一个变量的引力，意想不到的动态结构可能会出现几何限制下。细胞的运动在紧凑的内部驱动规则的流动，对流辊与偏析相结合。容器填充水平对于动态状态是至关重要的。从较低的填充水平的斜槽流的过渡到对流密集packed containers. These观察表明，存在可比的现象的情况下，到目前为止，没有系统的搜索动态模式已被执行。
2017-06-15 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Velocity Distribution of a Homogeneously Cooling Granular Gas
与分子气体相反，颗粒气体的特征在于非弹性碰撞，因此需要永久驱动以保持恒定的动能。颗粒气体的动力学理论描述了在驱动关闭后颗粒的平均速度如何减小。此外，它预测，重新标度的粒子速度分布将接近一个稳态与人口过剩的高速尾巴相比，麦克斯韦-玻尔兹曼分布。虽然这个基本的理论结果被数值模拟重现，但仍然缺少实验证实。使用微重力实验，它允许通过磁场的空间均匀的激发的球体，我们证实了理论预测的指数衰减的尾部的速度分布。
2020-05-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Granular fluid in an arbitrary external potential: spontaneous convection, self-phoresis
该研究理论分析任意外势下受驱颗粒流体的定态，证明非对称条件下静止态不存在并自发形成对流，同时将其与活性颗粒自扩散泳动联系起来，指出决定最大诱导流动尺度的状态相关特征长度。
2025-10-21 cond-mat.soft
DEM simulation of granular segregation in two-compartment system under zero gravity
本文采用离散元法（DEM）模拟了失重条件下双室池中颗粒的偏析现象。在使用虚拟窗口方法的模拟中，我们发现一个非单调的通量，一个函数，其中管理的偏析。使用参数来量化分离。研究了三个参数：粒子总数N、激发强度Γ和耦合两个腔室的窗口位置对分离ε和等待时间τ的影响。结果表明，在失重状态下观察到的偏析是存在的，并且不依赖于激发强度Γ。然而，等待时间τ强烈地依赖于Γ：Γ越高，等待时间τ越低。仿真结果对指导实践十号卫星微重力试验具有重要意义。
2017-01-11 cond-mat.soft physics.comp-ph
Density-driven segregation of binary granular mixtures in a vertically vibrating drum the role of filling fraction
本文通过实验与模拟研究垂直振动滚筒中填充率对二元颗粒混合物密度驱动分离的影响，揭示了四种分离模式，并指出浮力与对流力的竞争决定最终分离模式，为相关工业过程优化提供依据。
2025-04-12 cond-mat.soft
Granular Segregation Mechanisms by Cyclic Shear
我们提出了一个三维循环剪切双分散颗粒介质中的示踪剂颗粒的偏析机制的X射线层析成像研究。大的示踪剂被对流拖曳上升到顶部表面，然后由于向下的对流横截面小而被困在那里，这导致分离。此外，我们还发现，由于大示踪剂周围的微扰效应引起的局部结构上下不对称性将导致示踪剂相对于其较小的邻居具有净向上位移，这是分离的另一种机制。
2020-09-17 cond-mat.soft
Jamming and Flow in Granular Matter: A Physics Lab Course Experiment
Institute for Condensed Matter Physics, Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学凝聚态物理研究所）；German Aerospace Center (DLR), Institute of Frontier Materials on Earth and in Space – Functional, Granular, and Composite Materials（德国航空航天中心前沿材料研究所）
本文介绍利用扩散波光谱法研究垂直震动下沙粒动力学的实验装置，揭示颗粒阻塞与热力学玻璃转变的相似性，为当前研究领域提供入门实验。
2026-03-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.class-ph
Heat convection and radiation in flighted rotary kilns: A minimal model
本文提出了一个极小模型，用于描述旋转窑内颗粒（即颗粒）与气体之间的传热。它考虑了一个通道，其中对流气体与颗粒悬浮液和颗粒床相互作用。尽管它的简单性，它抓住了主要的实验结果的情况下，稀释悬浮液的重谷物典型的是什么可以观察到在许多工业回转窑。各相之间的能量平衡考虑了横向颗粒运动和对流气体之间的主要传热机制。在没有辐射传热的情况下，该模型预测指数变化的温度，其特征在于取决于颗粒和气体的热流率以及交换面积的长度。当考虑辐射时，模型可以数值求解。对于这种情况下，温度变化可以拟合拉伸指数，其参数被发现是独立的研究阶段。最后，提出了一个效率准则来优化系统的长度。
2016-12-17 cond-mat.soft
From the granular Leidenfrost state to buoyancy-driven convection
垂直振动箱内的颗粒经历从密度反转和水平均匀状态（称为颗粒莱顿弗罗斯特状态）到浮力驱动的对流状态的转变。我们进行了模拟研究的前体，这样的过渡，并量化其动态的床颗粒是逐步流化。过渡之前的瞬态对流状态，增加其相关时间的过渡点的接近。越来越多的相关对流导致密度波动，量化的结构因子，这也表明临界行为附近的过渡点。在垂直速度场的调制的振幅被认为是最好的描述由五次超临界振幅方程加性噪声项。这样的振幅方程的有效性，以及先前观察到的集体半周期振荡的床的谷物，建议一个新的解释类似的过渡耦合链的垂直振动阻尼振荡器。增加容器的大小表明对流状态的亚稳态，以及接近过渡的整体不变的临界行为。
2015-04-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.PS
Self-Induced Rayleigh-Taylor Instability in Segregating Dry Granular Flows
粗糙斜坡上流动的干燥颗粒物质会经历自诱导瑞利-泰勒（RT）不稳定性，随后会自发出现对流单体。要做到这一点，颗粒的大小和密度不同，较大的颗粒密度较大，但仍会向表面分离。像往常一样，当流动最初由两层组成时，上方有致密颗粒，则在流动过程中会出现Rayleigh-Taylor不稳定性。当流最初是由一个均匀的层混合物，颗粒偏析导致在表面的大密度颗粒，随后在RT羽流模式不稳定的不稳定层的形成。不稳定的密度梯度仅由颗粒物质的运动引起。这种自诱导瑞利-泰勒不稳定性和两层RT不稳定性研究使用两种不同的方法，实验和模拟。最后，与RT不稳定性松弛成两个叠加的稳定流体层的通常流体行为相反，颗粒流演化成对应于类似于Rayleigh-B{é}nard对流单体的再循环单体的交替带图案，其中分离维持对流运动。
2020-03-04 cond-mat.soft physics.class-ph physics.geo-ph
Kink-induced transport and segregation in oscillated granular layers
我们使用实验和分子动力学模拟的垂直振荡颗粒层研究水平颗粒偏析诱导的扭结（域之间的边界振荡的相位）。反向旋转的对流辊沿着颗粒表面将双分散层中的较大颗粒带到扭结处，在那里它们被捕获。对流起源于发生在层内的雪崩，沿着凝固和流化颗粒之间的界面。扭结的位置可以通过调节容器频率来控制，从而可以系统地收集较大的颗粒。
2003-08-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Comparison between Classical-Gas behaviours and Granular-Gas ones in micro-gravity
重新审视了最近的微重力振动实验。我们表明，他们证明了“颗粒气体”状态只存在于克努森制度，它的激发是“超音速”和气体的压力标度为（Af）的3/2的权力，与A和f是激发振幅和频率的概率密度函数。本文对实验结果进行了描述。然后，它将这些理论与几个简单的模型进行了比较，这些模型是（i）经典气体理论和（ii）一维盒子中单个粒子的热力学。压力脉动（Af）的异常标度为3/2，这是由采样时间内的单次碰撞（在低速时使p标度为_（Af））过渡到多次碰撞（在低速时使p标度为_（Af））所解释的。空气效应和g抖动的影响进行了讨论和量化。阐述了颗粒间碰撞对速度分布的影响。Pacs编号：5.40 ; 45.70 ; 62.20 ; 83.70.Fn
2005-06-20 cond-mat.soft
External pressure dependence of Granular Orifice Flow: transition to Beverloo flow
本文设计并采用了一个悬挂壁筒仓来消除Janssen效应，以便系统地直接研究颗粒孔流的局部压力依赖性。我们发现，当Janssen效应被删除，流量Q的变化与外部压力线性。线性变化的斜率α与筒仓尺寸和孔口尺寸之比Φ/D呈指数关系衰减，表明存在一个特征比λ（~2.4）。当Φ/D > λ时，α逐渐衰减到零，外压对GOF的影响可以忽略，此时符合Beverloo定律。结果表明，尽管Janssen效应可能有助于屏蔽顶部荷载，但它不是GOF恒定速率的决定因素。GOF中的关键参数是Φ/D。在Φ/D较小的情况下，通过悬浮壁装置可以直接通过外压调节GOF的流量，这对于重力驱动的Beverloo定律失效的微重力环境下的颗粒输送具有一定的指导意义。
2021-04-14 cond-mat.soft
Convective Flows in Sheared Packings of Spherical Particles
Institute for Advanced Studies in Basic Sciences (IASBS)（基础科学高等研究院）；Heinrich Heine Universität Düsseldorf（杜塞尔多夫大学）；Saarland University（萨尔兰大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；University of Northern Iowa（北爱荷华大学）
研究揭示了在球形颗粒堆中剪切应力下持续对流现象，发现系统几何形状对二次流动形成至关重要，可能对地质和工业应用有影响。
2025-12-24 cond-mat.soft
ARISE: A granular matter experiment on the International Space Station
我们开展了一项实验，研究微重力下颗粒物质的不同方面。1.5U小型实验是在国际空间站上进行的。将约3500个直径为856 μ m的几乎相同的球形玻璃颗粒置于50 × 50 mm截面的容器中。在5和50 mm之间调整高度，填充系数可以变化。样品在不同的频率和振幅下振动。大部分数据是粒子运动的视频图像。在这里，我们首先概述了一般设置和第一个定性的帐户中观察到的不同现象约700实验运行。这些现象包括碰撞冷却、通过气体-团簇耦合的集体运动以及静电力对粒子-粒子相互作用的影响。
2019-11-13 astro-ph.IM cond-mat.soft
Machine learning based prediction of dynamical clustering in granular gases
本研究利用机器学习预测微重力下稠密颗粒气体的动力学团簇化，通过DEM模拟和多种模型测试，确定了最佳预测模型，为替代复杂模拟提供了高效方案。
2025-06-18 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.data-an
Spontaneous Ratchet Effect in a Granular Gas
采用振动流化颗粒气体的自发聚集来产生在两个不同的分隔系统中的定向运输：“颗粒喷泉”，其中运输采取对流辊的形式，和“颗粒棘轮”与垂直于能量输入方向的自发粒子流。在这两种情况下，运输是不是由于任何系统固有的各向异性，但出现作为一个自发的集体对称性破缺效应的许多相互作用的颗粒。实验和数值计算结果定量占内的通量模型。
2004-04-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Pattern-transition, microstructure and dynamics in two-dimensional vibrofluidized granular bed
实验是在一个二维的单层振动流化床的玻璃珠，与一个目标，以了解过渡方案和底层的微观结构和动力学在不同的模式状态。在小的振动加速度（$Γ=Aω^2/g <1$）下，颗粒保持与振动容器的底部连接-这被称为固体床（SB）。随着$Γ$的增加（在足够大的振动幅度$A/d$下）和/或随着$A/d$的增加（在足够大的$Γ$下），转变/分叉的顺序如下展开：SB到BB（“弹跳床”）到LS（“莱顿弗罗斯特状态”）到“2-卷对流”到“1-卷对流”，最后到类气体状态。对于一个给定的长度的容器，粗化的多个对流辊导致的“单辊”结构的起源（称为{ \it多辊过渡}），其随后的过渡到粒状气体是这项工作的两个新的发现。我们发现“$BB\to LS$“跃迁的临界振荡强度（$Γ_{BB}^{LS}$）与粒子负载（$F=h_0/d$，其中$h_0$是静止的粒子层数，$d$是粒子直径）和振荡幅度（$A/d$）呈幂律关系。通过计算（i）粗粒密度和温度分布和（ii）对关联函数，研究了$BB$和$LS$态的特性。它示出，而在BB中的颗粒的接触网络代表一个六边形填充结构，在LS内的接触网络类似于液体状的状态。LS的不稳定性已被发现，其中的界面（之间的浮动集群和下面的稀释气体）和床的顶部被发现正弦振荡，其振荡频率密切匹配的外部振动的频率。
2016-04-12 cond-mat.soft
Secondary flow in ensembles of non-convex granular particles under shear
颗粒材料的研究，无论是理论上还是实验上，通常都局限于凸颗粒形状。我们证明了一个非凸的晶粒形状可以导致一个定性的新的宏观动力学。空间交叉（六足）在一个分裂底部的容器中连续剪切。因此，它们形成了与相同几何形状的杆状或扁豆形凸颗粒完全相反的二次流动轮廓。表面的十字架向旋转中心移动并下沉，模仿“反向韦森伯格效应”。所观察到的表面流场表明在颗粒床的深度存在径向向外的流动，从而形成对流单体。该流场与形成在旋转中心的凹坑连接。该效果强烈地依赖于颗粒的几何形状和颗粒床的高度。
2022-10-11 cond-mat.soft
Dynamical Behaviour of Fine Granular Glass/Bronze Mixtures under Vertical Vibration
我们报告的行为细青铜和玻璃球的混合物下正弦垂直振动。取决于它们的直径和振动的振幅和频率的比率，我们观察到形成尖锐的分离边界之间的富玻璃和富青铜相，没有总对流，这将混合这些阶段，和一些振荡和非周期性的行为。这些现象与玻璃和青铜颗粒的差异空气阻尼有关，在没有空气的情况下完全消失。
2001-11-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Influence of friction on granular segregation
小珠和大珠的混合物的垂直摇动可导致分离，其中大珠在样品的顶部积聚，即所谓的巴西坚果效应（BNE），或在底部积聚，即反向巴西坚果效应（RBNE）。在这里，我们证明实验从RBNE到BNE的急剧过渡时，由于老化的颗粒的颗粒的摩擦系数增加。这一结果可以用浮力和侧壁驱动对流这两种相互竞争的机制来解释，后者被认为随着摩擦力的增加而增强。
2008-01-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Behavior of confined granular beds under cyclic thermal loading
本文采用非光滑接触动力学方法，研究了不规则多面体颗粒受限颗粒堆积在反复加热和冷却循环下的力学行为。假设均匀的温度分布以及恒定的温度速率，我们研究了容器的形状，和热膨胀系数的围壁处的压力建立和密度演变的效果。我们观察到，在封闭的开口角的小的变化可以导致急剧的峰值压力降低。此外，在几个热循环的位移场，我们发现的对流细胞内的形状的环形颗粒材料的形成。然后，从位移场计算涡量的均方根，并建立对热膨胀系数比的二次依赖性。
2019-01-28 cond-mat.soft
Inherent thermal convection in a gas inside a box under a gravity field
我们从理论上证明存在于颗粒流体的热对流是固有的，在这个意义上说，总是存在的，并没有热梯度阈值（对流发生的所有有限值的瑞利数）。更具体地说，我们研究了气体的非弹性光滑硬盘封闭在一个矩形区域下的恒定重力场。垂直壁用作能量汇（即，平行于重力的非弹性壁），而另外两个壁垂直于重力并用作能量源。我们表明，这种对流是由于耗散的侧壁和体积力（在这种情况下，重力）的联合作用。因此，我们称之为\textit{dissipative lateral walls convection}，DLWC。我们的理论也描述了弹性碰撞的极限情况，表明非弹性粒子碰撞增强了DLWC。我们进行我们的研究，通过相应的流体动力学方程的数值解（体积元法），在扩展Boussinesq近似。我们表明，我们的理论描述了类似的（但更复杂的）实验室实验的结果的要点。
2018-09-28 cond-mat.soft
Fluidization of a vertically oscillated shallow granular layer
采用分子动力学模拟研究了垂直振动的三维浅颗粒层的流态化。随着容器加速度增加到g以上，颗粒温度和均方根颗粒位移增加，逐渐流化层。对于几乎弹性的颗粒，或低振动频率，或小的层深度，流化过程的结束是由颗粒温度和均方根颗粒位移的突然增加。然后，该层被完全流化，因为观察到宏观的、类似流体的现象，如对流辊和表面波。增加总耗散（通过降低恢复系数或增加颗粒的总数）减少颗粒温度和均方根颗粒位移在流化的增加，并将增加转移到更高的加速度。增加频率也会降低跳跃的幅度，并将变化转移到较低的加速度。
2007-08-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shallow granular flows down flat frictional channels: steady flows and longitudinal vortices
在自然界和工业中，沿具有光滑边界的倾斜通道向下的颗粒流是常见的。然而，平坦边界的常见设置相对而言比凹凸边界的设置少得多，凹凸边界的设置被大多数实验和数值研究用来避免滑动效应。利用带侧壁的DEM数值模拟，定量地恢复了实验结果。在较大的角度，我们预测一个丰富的行为，包括颗粒对流和倒置的密度分布，这表明瑞利-贝纳德型的不稳定性。在许多方面，在平坦基底上的流动可以被看作是在由基底滚动层构成的有效凹凸基底上的流动，在该层上的覆盖层中给出Bagnold型剖面。我们已经以平均形式测试了简单的粘塑性流变模型（Nature 2006，vol 441，pp 727 -730）。单向流动和对流流动之间的过渡则明显地表现为本构关系中的不连续性。
2012-11-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Scaling behavior in the convection-driven Brazil-nut effect
巴西坚果效应是一种现象，其中一个大的入侵粒子浸入一个垂直振动的较小粒子床上升到顶部，即使它的密度要大得多。在描述这些实验时，通常的做法是使用无量纲加速度Γ=a ω^2/g，其中a和ω分别是振动的振幅和角频率，g是重力加速度。考虑芥菜籽的准二维振动床，我们在这里表明，振动的峰到峰速度v= aω，而不是Γ，是在边界驱动的颗粒对流是主要驱动机制的区域中的相关参数。我们发现入侵者的上升时间τ可用标度律τ~（v-v_c）^{-α}来描述，其中v_c被确定为芥菜种子对流运动开始的临界振动速度。该标度形式在入侵者的（a，ω）、直径和密度的广泛范围内保持。
2012-11-22 cond-mat.soft
Transient segregation of bi-disperse granular mixtures in a periodic chute flow
本文结合离散元与连续介质模拟，采用基于颗粒力的偏析模型和双向耦合流变模型，研究了双分散颗粒混合物在周期性斜槽流中的瞬态尺寸偏析，预测结果与DEM数据吻合良好。
2025-07-05 cond-mat.soft
Experiments and characterization of low-frequency oscillations in a granular column
垂直振动的颗粒床的行为让人想起液体，因为它表现出许多现象，如对流和类法拉第表面波。然而，当床的横向尺寸被限制为形成准一维几何形状时，剩下的唯一现象是弹跳床和颗粒莱顿弗罗斯特效应。这允许在宽范围的能量注入参数下观察粒状莱顿弗罗斯特状态，并且更具体地允许对存在于该状态中的低频振荡（LFO）进行彻底表征。在实验和粒子模拟中，我们从颗粒的质量信号的中心的功率谱密度确定LFO频率，改变驱动的振幅和频率，颗粒直径和系统中的层数。因此，我们发现（i）LFO频率与快惯性时间尺度成反比，（ii）与系统中慢耗散时间尺度成比例的典型衰减时间解相关。后者是一致的，认为LFO是由固有的噪音，是存在于颗粒莱顿弗罗斯特状态与低数量的粒子驱动。
2017-10-26 cond-mat.soft
Rheology of bidisperse suspensions at the colloidal-to-granular transition
School of Engineering, The University of Edinburgh（爱丁堡大学工程学院）；School of Physics and Astronomy, The University of Edinburgh（爱丁堡大学物理与天文学院）
研究双分散悬浮液在胶体到颗粒过渡时的流变学行为，揭示了不同组分比例下粘度和剪切变稠特性变化规律。
2025-06-05 cond-mat.soft
Intercoupling of Segregation and Rheology in Spatially Developing Granular Chute Flows
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
本研究通过耦合颗粒力偏析模型与惯性数局部流变学的连续介质框架，探究空间发展型颗粒 chute 流中偏析与流变的耦合关系，揭示流动发展对偏析演化的影响。
2026-09-01 cond-mat.soft
Simple particle model for low-density granular flow interacting with ambient fluid
为了理解低密度颗粒流中斑图形成的过程，我们提出了一个简单的颗粒模型。该模型考虑球形颗粒基于三种力在倾斜平面上移动：重力作为驱动力，由于颗粒碰撞产生的排斥力，以及作为颗粒通过周围流体的相互作用的阻力。该模型的数值模拟在两种不同类型的二维平面中进行，即，处理单层。在平行于斜坡的水平面内，颗粒在颗粒流的运动前沿聚集，随后，流动不稳定性以波浪形模式发生。这种流型是由拖曳力引起的颗粒间相互作用引起的。此外，在聚集体内部形成颗粒的涡旋对流。同时，在坡面上的垂直面内，在颗粒流的运动前沿也发现了颗粒的聚集现象。聚集体类似于头-尾结构，其中随着时间的推移，对斜坡的正面角度从更大的角度接近60度。通过改变颗粒尺寸的数值结果比较，颗粒流的定性动力学与尺寸无关。为了阐明这个原因，我们对这个模型进行了无量纲化。结果表明，我们的模型可以简化为一个无量纲的方程，一个无量纲的参数，代表的比例，重力项的排除体积效应。
2019-04-23 cond-mat.soft nlin.PS
Granular front formation in free-surface flow of concentrated suspensions
颗粒锋是一种常见的现象，但无法解释出现在重力驱动的自由表面流动的浓悬浮液。它们通常被认为是流体对流与颗粒尺寸偏析相结合的结果。然而，由均匀尺寸的颗粒组成的悬浮液也会形成颗粒前沿。在一个大的旋转鼓内，产生一个静止的再循环雪崩。流动材料是从高岭土-水分散体获得的粘塑性流体与比流体更致密的球形陶瓷颗粒的混合物。目标是模拟许多常见的颗粒流体材料的组成，如新鲜混凝土或泥石流。在这些材料中，颗粒相和流体相由于颗粒沉降而具有分离的自然趋势。然而，通过由滚筒的旋转引起的剪切，诱导相的重组，导致颗粒前沿的形成。通过调整材料属性和滚筒速度，可以控制这种现象。该设置在数值环境中重现，其中流体通过格子玻尔兹曼方法求解，粒子使用离散单元方法明确表示。模拟证实了实验的结果，并提供了内部机制的见解。比较颗粒沉降的时间尺度与颗粒回流的时间尺度，定义了一个无量纲数，并发现它在预测颗粒前沿的形成方面是有效的。
2015-02-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Mechanisms in the size segregation of a binary granular mixture
两种尺寸的颗粒的粒状混合物在垂直摇动时，在大多数情况下会分离。如果较大的颗粒聚集在样品的顶部，这被称为巴西坚果效应（BNE）;如果它们聚集在底部，则称为反向巴西坚果效应（RBNE）。虽然这一过程在处理散装固体方面具有很大的工业重要性，但人们对它的了解还不够。近年来，人们提出了十种不同的机制来解释每种类型的偏析。然而，驱动条件和材料参数的机制的依赖性，因此他们的相对重要性在很大程度上是未知的。在本文中，我们提出了实验和模拟，其中两种类型的颗粒由相同的材料制成，并在低气压下摇动，这将考虑的机制数量减少到7个。我们通过系统地改变驱动频率和振幅、直径比、小颗粒与大颗粒的总体积比和总样品体积来观察BNE和RBNE。我们所有的结果可以解释由三种机制的组合：一个几何机制称为空隙填充，在侧壁驱动的对流辊的颗粒运输，和热扩散，动力学理论预测的机制。
2006-12-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Size separation in vibrated granular matter
本文综述了振动颗粒物料粒度分离的最新进展。由于工业上需要有效地处理颗粒材料，并希望在非平衡物理学方面取得根本性进展，实验和理论研究表明尺寸分离是一种复杂的现象。在振动的颗粒系统中，大颗粒总是升到顶部。然而，它们也可能沉到底部，或根据物理条件的微妙变化显示其他模式。虽然尺寸比是一个主导因素，但颗粒的特定性质，如密度、非弹性和摩擦力也会起重要作用。能量输入的性质、边界条件和间隙空气也被证明是确定空间分布的重要因素。对流的存在可以增强混合或导致尺寸分离。实验技术，包括直接可视化和磁共振成像正在被用来调查这些属性。分子动力学和蒙特卡罗模拟技术已经发展到探测尺寸分离。分析方法，如动力学理论正在被用来研究在振动流化制度的颗粒大小和密度之间的相互作用，几何模型已被提出来描述深床的尺寸分离。除了讨论这些研究，我们还将审查的非弹性碰撞和摩擦的密度和速度分布的影响，以获得更深入的了解系统的非平衡性质。虽然已经完成了大量的研究，但仍然需要做大量的工作，才能确切地描述这种现象。
2004-02-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
