王蓬 孔平 李然 华云松 厚美瑛 孙其诚

1) (上海理工大学医疗器械与食品学院， 上海 200093)

2) (上海健康医学院分子影像学重点实验室， 上海 201318)

3) (上海理工大学光电信息与计算机工程学院， 上海 215300)

4) (中国科学院物理研究所， 北京 100190)

5) (清华大学土木水利学院， 北京 100084)

研究颗粒体系中的结构与缺陷对于研究固-液融化的物理机制具有重要的价值.本文实验研究了垂直振动下单层湿颗粒在固-液融化过程中的结构与缺陷.根据实验及理论分析构建了湿颗粒体系的接触模型， 量化了准二维湿颗粒体系融化过程中颗粒的结构变化.然后以颗粒为点建立Voronoi图对颗粒体系的“相”转变进行研究， 并引入了局部体积分数来确定融化过程中缺陷变化的临界状态.实验结果表明， 颗粒系统在团簇的边缘开始发生缺陷， 并呈现链状的缺陷对向中心蔓延的现象.并且， 颗粒发生缺陷时七相缺陷颗粒的局部体积分数显著减小， 明显小于五相缺陷和六角相颗粒的局部体积分数.对局部体积分数的分析表明， 当最小局部体积分数 φ ≤0.6652 时发生缺陷， 当 φ ≤0.4872 时颗粒系统发生从固体到液体的转变.

1 引 言

研究湿颗粒在融化过程中结构与缺陷的演变对了解固体和液体之间的转化发挥重要作用[1，2].缺陷的产生与蔓延导致结构发生显著变化， 是固-液融化“相”变的物理机制[3，4].在准二维颗粒体系中， 粒子的结构可用来表征“相”状态[5].因此， 可根据粒子在空间中缺陷的变化来描述“相”变化的过程……