Flow and clogging in a silo with an obstacle above the orifice
在最近的一篇论文中[Zurizes et al.，物理修订版信函107，278001（2011）]已经表明，在出口上方存在障碍物可以显著降低从筒仓倾倒的颗粒物质的堵塞概率。这种减少的量很大程度上取决于障碍物的位置。在这项工作中，我们提出了新的测量来分析不同的出口尺寸，扩展前述的结果，并揭示了障碍物的效果增强作为出口尺寸的增加。此外，研究了障碍物位置对流量特性和拱的几何特征的影响。这些结果加强了以前的证据的压力降低引起的障碍。此外，它示出了如何的平均雪崩大小和平均流速不一定是联系在一起的。另一方面，一个密切的关系，建议之间的平均雪崩大小和流量波动。
2012-09-18 cond-mat.soft
Connection between the mass flow rate and the base and bulk normal stresses in silo discharge
采用软颗粒离散元模拟方法，研究了二维筒仓中多分散颗粒连续卸料的过程。我们发现，质量流率表现出类似的变化与垂直正应力在基地和过渡点的散装，这意味着基地正应力可以被认为是其散装对应的代表。基底正应力和过渡点正应力随填土高度的变化符合Janssen模型，前者大于后者。过渡点（$y_t$）被定义为孔口影响区（ROOI）的垂直范围，其位于邻近孔口的正上方。过渡点主要发生在同一位置，而与填充高度无关。然而，当改变孔口尺寸时，它发生变化，表明它的发生是局部现象。最后，转换点和出口处的垂直速度的缩放显示，与孔口尺寸$D$相比，$y_t$是更相关的长度尺度。这种缩放提供了一个新的洞察筒仓排放的动态的情况下，流量变化，但正常的应力保持很大程度上不变的孔口尺寸的变化。
2017-12-05 cond-mat.soft
Intermittent flow and transient congestions of soft spheres passing narrow orifices
软，低摩擦颗粒在筒仓中显示出独特的功能，在其排放。出料速度和堵塞概率均取决于瞬时料仓填充高度，与填充硬颗粒的料仓形成鲜明对比。原因是节流孔处的压力依赖于填充高度。我们研究了软水凝胶球的筒仓排放的统计。流出被发现变得越来越波动，甚至间歇性与减小孔口尺寸，并与降低填充高度。在小于两个颗粒直径的孔中，流出可以完全停止，但与刚性颗粒形成的堵塞相反，这些堵塞物可以自发溶解。我们分析了这种非永久性收缩，并将其归因于容器中的缓慢重组过程，这是由材料的粘弹性引起的。
2020-07-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Average outpouring velocity and flow rate of grains discharged from a tilted quasi-2D silo
本研究通过准二维料仓实验，测量不同倾斜角度下颗粒的质量流量、出口速度和堆积分数，提出考虑孔口角度及邻近静止区角度的模型，以描述倾斜对颗粒排出流量的影响。
2023-01-20 cond-mat.soft
Velocity profile of granular flows inside silos and hoppers
我们测量了准二维筒仓内的颗粒物料的流量，因为它的排水和比较数据与一些现有的模型。筒仓内的颗粒在空间和时间上都以前所未有的分辨率进行成像和跟踪，以获得它们的速度和扩散特性。通过改变孔口宽度和料斗角度获得的数据使我们能够彻底测试这些几何形状内的重力驱动流模型。我们所测得的所有速度剖面都是光滑的，没有临界状态土壤力学预测的冲击状不连续性（“破裂区”）。另一方面，我们发现，简单的运动学模型准确地捕捉附近的孔的平均速度的轮廓，虽然它不能描述的快速过渡到塞流远离孔口。模型中唯一的自由参数--扩散长度$b$并不像通常假设的那样是常数，而是随着喷孔上方的高度和漏斗的角度而增加。我们讨论改进的模型，以说明的差异。从我们的数据中，我们还直接测量颗粒的扩散，并发现它显着低于预测的空隙模型，它提供了经典的微观推导的运动学模型在填料中的扩散空隙。然而，实验数据是一致的，最近提出的斑点模型，基于一个简单的合作扩散机制。最后，我们讨论了流量作为一个函数的孔口宽度和料斗角度。我们发现，流量与孔口尺寸的1.5次方成比例，与量纲分析一致。有趣的是，当漏斗角度增加时，流速增加。
2005-01-24 cond-mat.soft
Discharge of elongated grains in silos under rotational shear
对旋转底筒仓中细长颗粒的卸料进行了数值研究。与固定底部相比，轻微横向剪切的引入使流速$Q$降低高达70%，但通过进一步增加外部剪切，流速显示出适度增加。关注流速$Q$对孔口直径$D$的依赖性，球体和杆显示出两种不同的趋势。对于棒，在小孔径限制下，$Q$似乎遵循指数趋势，偏离经典的幂律依赖性。这些宏观观察结果与我们早期的实验结果非常一致[Phys. Rev. E $\textbf{103}$，062905（2021）]。借助粗粒化方法，我们得到了宏观密度、速度、动压和取向场的空间分布。这使我们能够检测到由外部剪切引起的从漏斗到质量流模式的转变。此外，平均这些领域中的区域的孔揭示了强烈的初始减少$Q$主要是由于在流速的变化，而弱增加的趋势，在较高的旋转速率是有关增加填充分数。在孔口处的晶粒取向的类似分析表明，流速大小与竖直取向和孔口处的填充分数与晶粒的顺序相关。最后，在筒仓的中心的平均加速度的垂直分布表示，该区域的加速度是不可忽略的收缩显着由于强烈的扰动引起的移动壁。
2022-10-25 cond-mat.soft
Silo discharge of mixtures of soft and rigid grains
本文研究了底部有窄孔的准二维筒仓中软、弹性低摩擦球形颗粒和相似尺寸的硬摩擦球的混合物的出流动力学和堵塞现象。以往的工作已经证明了弹性和摩擦力对筒仓卸料的重要影响。我们表明，除了少量，甚至低至5%，硬颗粒的软，低摩擦颗粒的合奏已经有显着的后果。混合物允许直接比较不同类型的颗粒堵塞孔口的概率。我们分析这些概率的硬，摩擦和软，滑颗粒的基础上，他们参与的阻塞拱，并比较流出速度和持续时间的非永久性堵塞的混合物的不同组合物。实验结果与数值模拟进行了比较。后者强烈建议物种间的颗粒摩擦的显着影响。
2021-02-01 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
Forced silo discharge: Simulation and theory
Universidad Metropolitana（都市大学）
该研究通过离散元模拟揭示了强制储料仓出料的流量率尺度关系，并探讨了强强制颗粒流现象带来的新挑战。
2025-11-13 cond-mat.soft
Shocks in sand flowing in a silo
本文研究了准二维筒仓底部孔板中颗粒状物质泄流时表面激波的形成。在高流速下，观察到表面强烈偏离平滑的线性倾斜轮廓，让位于倾斜底部附近表面高度的急剧不连续性，这是阻塞流的典型响应，例如在牛顿流体如水的水力跃变中遇到的。我们目前的实验结果，描述了这种跳跃的存在条件，描述了它的结构，并给出了它的发生解释。
2001-10-20 cond-mat.soft
Elongated particles discharged with a conveyor belt in a two-dimensional silo
通过实验研究二维料仓中传送带排出椭圆形颗粒的过程，揭示带速降低导致间歇流、速度波动增强及出口颗粒取向有序性下降。
2023-11-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Size Segregation of Granular Matter in Silo Discharges
我们对从孔中排空的准二维筒仓中颗粒物质的分离进行了实验研究。当使用多尺寸颗粒时，观察到尺寸分离，其中较大的颗粒位于最快流动区域的筒仓中心。我们使用成像来研究筒仓内的流动，并定量测量作为位置和时间的函数的双分散珠的浓度分布。表面的角度由颗粒的休止角给出，并且流动仅在该倾斜表面的顶部附近的几个层中发生。流动区域在筒仓中心附近变深，并被限制在以孔口为中心的抛物线区域内，该区域由运动学模型近似描述。实验证据表明，分离发生在表面上，而不是在筒仓内部的流动深处，那里也存在速度梯度。我们报告的时间发展的双分散颗粒的浓度作为一个功能的尺寸比，流速，和初始混合物的比例。所观察到的现象的定性方面可以解释的隔离的空隙填充模型。
1999-05-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Particle flow rate in silos under rotational shear
最近，To et al.~实验研究了圆筒形筒仓中的颗粒流，筒仓底壁相对于侧壁\cite{Kiwing2019}水平旋转。在这里，我们数值重现他们的实验结果，特别是，作为旋转频率的函数的质量流率$Q$的特殊行为$f$。也就是说，我们发现，对于小的出口直径$D$的流量增加与$f$，而对于较大的$D$的非单调行为得到证实。此外，使用粗粒化技术，我们计算的宏观密度，动量和应力张量场。这些结果最终表明，放电过程中的变化直接关系到从漏斗流到质量流的流动模式的变化。此外，通过将小孔处的质量流（线动量场）分解为宏观速度场和密度场两个主要因素，我们得到了线动量的非单调行为是由密度变化引起的，而不是由宏观速度的变化引起的.此外，通过分析动应力的空间分布，发现对于小孔，增大旋转剪切力可以提高平均动压$\langle p^k \rangle$，提高系统的流动性。这降低了拱的稳定性，因此，体积流量单调增加。然而，对于大的孔口，我们检测到$\langle p^k \rangle$非单调地变化，这可以解释当改变旋转剪切时$Q$的非单调行为。
2021-04-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Discharge of elongated grains from silo with rotating bottom
我们研究流动的细长颗粒（木钉的长度$L$ =20毫米，直径$d_c$ =6和8毫米的圆形横截面）从筒仓旋转底部和直径$D$的圆形孔。在小孔范围（$D/d<5$）内，堵塞物大多被旋转底座打破，并且流动是间歇性的，伴有雪崩和暂时堵塞。这里$d\equiv(\frac{3}{2}d_c^2L)^{1/3}$是有效粒径。与球形颗粒不同，对于杆，在间歇状态下，在较低的孔口尺寸下，流速$W$明显偏离幂律依赖性$W\propto (D-kd)^{2.5}$，其中仅在临时堵塞之间测量$W$。相反，在低于约$D/d<3$时，检测到指数依赖性$W\propto e^{κD}$。这里，$k$和$κ$是单位阶常数。更重要的是，旋转筒仓底部会导致流量大幅下降（超过50%），而流量在连续流状态下并不显著依赖于$ω$值。在间歇性方案中，$W(ω)$似乎遵循非单调趋势，尽管存在相当大的噪声。一个简单的图片，在从漏斗流到质量流的切换和对齐的钉由于旋转方面，提出了解释所观察到的球形和细长晶粒之间的差异。我们还观察到剪切诱导的取向排序的钉在底部，使他们的长轴平均取向在一个小的角度$\langleθ\rangle \approx 15^\circ$的底部的运动。
2021-06-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Flow in an hourglass: particle friction and stiffness matter
本文对筒仓外颗粒流进行了实验研究和数值模拟。监测排放速率的时间演变以及容器底部的法向力（表观重量）。我们表明，颗粒刚度有很强的影响筒仓排放的定性特征。对于可变形颗粒的杨氏模量约为$Y_m\approx 40$千帕在筒仓的基础压力的顺序为4千帕降低摩擦系数导致一个逐渐变化的排放曲线：流量成为填充高度的依赖，它减少在放电过程中。对于杨氏模量约为$Y_m\approx 500$ MPa的硬颗粒，流速对摩擦系数值的敏感性要小得多。使用DEM数据结合粗粒化方法，使我们能够计算所有相关的宏观领域，即线性动量，密度和应力张量。在低摩擦极限下观察到的排放差异与压力场的强烈差异有关：而对于硬颗粒，Janssen筛选是有效的，导致筒仓壁附近的高垂直应力和孔口区域上方的小压力，对于可变形颗粒，孔口上方的压力较大，并在排放过程中逐渐减小。我们已经分析了在该区域的孔口（附近的位置的出口）的软颗粒的情况下，具有低摩擦系数的动量平衡，并提出了一个唯象的配方，预测的线性下降的流速随着填充高度的降低。
2021-04-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Differential equation for the flow rate of discharging silos based on energy balance
自1852年Hagen和1961年Beverloo等人的早期工作以来，颗粒物料从筒仓中通过圆孔排出的流量一直是用量纲分析和实验拟合的方法来描述的，并通过“自由降落拱”模型来解释。在这里，与传统的方法相比，我们推导出一个微分方程的基础上的系统的能量平衡。由于能量项的补偿，该方程与众所周知的Beverloo规则一致。此外，这个新的方程可以用来探索新的筒仓排放条件。特别是，我们展示了如何可以预测摩擦对流量的影响。采用离散元法仿真验证了理论的正确性。
2020-05-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Role of vibrations in the jamming and unjamming of grains discharging from a silo
本文介绍了在垂直振动作用下，平底筒仓卸料时无粘性颗粒堵塞的实验结果。当出口孔仅为几个颗粒直径宽时，由于阻塞拱的形成，流动可以被阻止。因此，需要外部激励来恢复流动。在这种情况下，使用连续的轻微振动是缓解流动的常用技术。即使堵塞不那么频繁，它仍然是振动筒仓中的一个问题。原则上，有两种可能的机制，通过振动可以促进流动：（i）减少阻塞拱形成的可能性，以及（ii）一旦阻塞拱形成，阻塞拱就会破裂。通过测量雪崩内部没有颗粒流过出口的时间间隔，我们能够估计振动破坏阻塞拱的概率。这一结果与双变量概率模型的预测一致，在该模型中，振动和非振动筒仓中形成阻塞拱的可能性相等。这表明，上述第二种机制是改善轻微振动筒仓流动性的主要原因。
2009-07-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Velocity profiles in forced silo discharges
当颗粒状物料通过底部的孔口从筒仓中自由排出时，流量在整个排出过程中保持恒定。然而，最近已经表明，如果通过超重迫使排放，则流速在排放的最后阶段增加，这与粘性流体形成鲜明对比[Madrid等人，Europhys. Lett.（2018年）]。虽然已经讨论了驱动这种流速增加的一般机制，但是关于这种现象仍然存在许多悬而未决的问题。一个这样的问题是，除了与增加的流速一致的微不足道的总体增加之外，内部速度分布受影响的程度。本文采用离散元法模拟了筒仓强制泄流时的内部流速分布，并与自由泄流时的内部流速分布进行了比较。速度剖面的变化有些微妙。有趣的是，在自由放电，而速度分布是稳定的筒仓基地和以上的高度相当于一个筒仓直径，存在一个过渡区，其中的轮廓演变的时间，尽管恒定的流速。与此相反，强制放电目前稳定的配置文件在所有高度的颗粒柱在初始恒定流阶段，随后由整体增加的速度时，加速阶段的发展。
2020-05-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The effect of obstacles near a silo outlet on the discharge of soft spheres
筒仓排放中的柔软光滑颗粒显示出特殊的特性，例如，包括非永久性堵塞和间歇流动。本文描述了在准二维筒仓中对软、低摩擦水凝胶球的研究。我们通过在筒仓出口前放置障碍物，使这些球体在排放过程中更具竞争性。高速光学成像用于捕获放电过程。通过使用MASK R-CNN算法的机器学习软件识别和跟踪视场中的所有粒子。利用粒子跟踪测速仪（PTV），分析了在本研究中的速度场、出口时间场、填充率场和动应力场。而在行人动力学中，在狭窄的大门前放置障碍物可以减少出口附近的压力，并使出口更有效，对于我们的软颗粒，效果相反。在孔口上方放置障碍物总是会导致流速降低，在某些情况下甚至会增加堵塞概率。
2022-08-25 cond-mat.soft nlin.AO physics.data-an
The simultaneous discharge of liquid and grains from a silo
水通过容器底部孔口的流速取决于流体静压力，而对于干燥的颗粒材料，流体静压力几乎是恒定的。但是，当谷物和液体同时从筒仓中排出时会发生什么呢？通过测量作为时间函数的流速，我们发现：（i）出现不同的状态，从由有效流体粘度控制的恒定流速到取决于孔径和颗粒尺寸的流体静力学状排放，（ii）混合材料总是比干燥颗粒排放得快但比液体排放得慢，（iii）对于混合物，液体水平比颗粒水平下降得更快，但它们总是彼此成线性比例，以及（iv）在从两相到单相排放的过渡期间发生流速的突然增长。这些结果与颗粒床上方静水压力的降低和水动力阻力之间的竞争有关。提出了一个结合Kozeny-Carman方程、Bernoulli方程和质量守恒方程的模型，数值计算结果与实验结果吻合较好。
2018-01-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dimensional analysis for clogging of grains in two and three dimensions
本文基于Vaschy--Buckingham定理对平底筒仓小孔颗粒堵塞的平均崩塌尺寸进行量纲分析，结合离散元模拟与文献数据，提出了一个统一二维和三维摩擦颗粒系统堵塞行为的标度方程。
2025-08-12 cond-mat.soft
Effect of particle shape on the flow of an hourglass
研究颗粒形状对沙漏流量的影响，发现流量随长宽比非单调变化，在扁豆状和米粒状椭球处出现两个峰值，并揭示填充率和孔口速度是主要贡献因素。
2024-07-31 cond-mat.soft
Forced flow of granular media: Breakdown of the Beverloo scaling
颗粒物质重力流通过小孔的Beverloo标度有两个明显的普遍特征。一方面，流速与颗粒柱的高度无关。另一方面，不太为人所知但更引人注目的是，流速对颗粒的材料特性（密度、杨氏模量、摩擦系数等）相当不敏感。我们表明，这两个通用功能丢失，如果工作是在一个高速率的系统上完成。与粘性流体相反，如果在颗粒柱的自由表面上施加恒定的压力，则在排出期间流速增加。此外，流速变得对材料性质敏感。然而，出现了一个新的通用功能：耗散功率缩放的平均压力和流量遵循主曲线的强制和非强制条件下，所有材料的性能研究。我们表明，这一特点可以解释，如果在筒仓中的颗粒流被假定为一个准静态剪切流下的$μ(I)$流变。
2020-05-14 cond-mat.soft
Pressure independence of granular flow through an aperture
我们的实验表明，颗粒材料通过孔的流速是由施加到颗粒的出口速度，而不是由在基地的压力控制，相反，通常是假设在以前的作品。这一结果是通过研究单一尺寸圆盘的密相填料通过孔口的排放过程而实现的。流动由传送带驱动。这种二维水平设置允许分离压力和速度，因此，独立地控制盘逃离水平筒仓的速度和孔附近的压力。发现流速与带速度成正比，与容器中的盘的量无关，因此与出口区域中的压力无关。此外，这种特定的实验配置使得可以从卸载后搁置在传送带上的盘的单个图像获得关于系统动态的信息。
2010-05-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Granular flow through an aperture: influence of the packing fraction
在过去的50年里，颗粒材料通过孔的流动在重力驱动的垂直系统（例如筒仓和料斗）中得到了深入的研究。然而，在许多工业应用中，谷物以恒定速度水平运输，躺在传送带上或漂浮在流动液体的表面上。与由压力控制的流体流动不同，颗粒流对局部压力不敏感，而是对出口处颗粒的局部速度敏感。我们还可以预期流速取决于颗粒的局部密度。实际上，垂直系统通过重力以密集配置填充，但相比之下，在水平系统中，密度可以采取大范围的值，可能非常小，这可能显著改变流速。在本文中，我们研究，对于不同的初始包装分数，通过一个孔的单分散颗粒的水平输送带驱动恒速排放。我们报告如何，在放电过程中，填充分数被修改的出口的存在下，我们分析如何在填充分数的变化引起的流速的变化。我们观察到，填充分数的变化不影响在出口处的颗粒的速度，因此，我们建立，流速的变化是直接相关的填充分数的变化。
2014-07-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
