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研究亮點(diǎn)
成都山地所在泥石流顆粒分選機理和固液兩相流動(dòng)力學(xué)特性研究取得重要進(jìn)展
顆粒物質(zhì)分選機理和效應是泥石流動(dòng)力學(xué)的前沿研究課題，目前現有干顆粒流分選理論并不能很好的解釋泥石流顆粒分選的現象，顆粒分選對泥石流的流態(tài)以及流動(dòng)性的影響也還缺少相關(guān)的研究。針對該問(wèn)題，成都山地所周公旦研究員及其課題組開(kāi)展了大量的物理模型實(shí)驗和流固耦合的數值模擬實(shí)驗，系統分析不同流體密度和粘度對固液兩相流（固相是密集雙粒徑顆粒流）顆粒分選的影響，取得了重要研究進(jìn)展。
研究初步發(fā)現了泥石流顆粒分選的臨界條件，并從微觀(guān)力學(xué)角度分析發(fā)現，流體通過(guò)降低顆粒流內部顆粒間接觸應力梯度(contact stress gradients)和形成流核(plug zones)來(lái)減弱顆粒分選。研究建立了固液兩相流廣義的粘—慣性本構模型(generalized visco-inertial constitutive model)，可表征顆粒-流體混合物中的顆粒分選效應。通過(guò)研究，提出了考慮流體作用的顆粒分選速率(segregation rate)和顆粒擴散(diffusion)速率方程（以斯托克斯數Stokes number、慣性數Inertial number為主導函數），建立了可考慮顆粒-流體混合物粘性效應（顆粒分選速度和擴散速度）的固液兩相流連續介質(zhì)動(dòng)力學(xué)新模型。研究成果為明確泥石流顆粒分選機理和固液兩相流的動(dòng)力學(xué)特性、準確研判泥石流的運動(dòng)路徑和影響范圍提供了重要的動(dòng)力學(xué)模型。
相關(guān)研究得到了國家自然科學(xué)基金項目、中組部“萬(wàn)人計劃”人才項目、中科院“西部之光”人才項目、中巴地球科學(xué)研究中心、一帶一路”國際科學(xué)組織聯(lián)盟(ANSO)的支持。成果論文發(fā)表在地學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)國際知名期刊Journal of Geophysical Research: Solid earth、Physics of fluids、Physical Review Fluids。 附原文鏈接：https://doi.org/10.1029/2020JB019536、 https://doi.org/10.1029/2021JB022274、 https://doi.org/10.1063/5.0024762、 https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.7.014305
不同流體環(huán)境下（空氣、水、泥漿體），不同大小顆粒的分選速率隨顆粒濃度的變化規律圖
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