粉粒体填充床流动过程实验研究(2)
环境压力大、农民就业难和收入低等重大问题，社会协同效益显著，产业发展具有明显的优
先性。
生物质行业的快速发展离不开生物质反应器。在生物质机械加工、生物质干燥、生物质
热解、生物质燃烧等工程领域皆有广泛应用的生物质粉粒体填充床便是常见的生物质反应器
之一。填充床属于多孔介质，粉粒体填充床中的物料流动与料仓等设备中的颗粒流动过程相
似。填充床内物料能否快速、顺畅地流出是填充床中物料流动的主要问题。本课题将通过实
验探究粉粒体颗粒床中的流动过程，试图找到填充床内粉粒体流态转化的条件，以便更好地
指导工程实际。
1.2 粉粒体流动研究现状
1.2.1 理论研究
颗粒体流动的本构关系是理论研究的内核。
传统的理论研究以弹塑性本构理论为基础，主要基于宏观连续介质力学的 Janssen近似分
析方法[43]
并结合实际对结果加以修正。仓内应力分析多采用 Janssen理论[42]
，研究朗肯主、被
动态时料仓及料斗的应力情况[40]
。而后采用欧拉法分析仓内粉体物料的流动特性[19]
。
钟晓雄等[30]
通过引入微观组构张量和接触密度分布函数，将散粒体的微、宏观力学变量
联系了起来，建立了散粒体的本构理论。
徐正红[14]
通过分析力链受力、变形与能量耗散之间的关系，提出了力链变形和破坏力学
机制，由力链模型得出塑性演化准则，进而建立起密实无黏聚性颗粒物质的本构模型。
边琳等[34]
采用拟流体的方法，类比具有屈服应力的非牛顿流体，给出了适用于慢速密集
颗粒流的本构方程表达形式，建立了用粗糙底面斜槽测量颗粒流当量粘性的数学模型。
王光谦等[35]
通过加和应力表达式中流速梯度的常数项、一次项和二次项，把颗粒流的慢
速、中速及快速三种流动状态的本构关系统一了起来，提出了统一本构模型。 1.2.2 实验探究
程亮[19]
进行了漏斗流实验，从实验和理论两方面对重力驱动下颗粒题流经漏斗的动力学
行为开展了研究，重点探讨了漏斗流的流率与压力之间的关联，以及自由下落颗粒流经漏斗
后束流不稳定性的问题。
杨晓强[26]
建立了振动实验台，主要研究了自组织临界现象：他进行了水平动力荷载下散
体材料结构响应实验，研究表明震动频率和时间对散体材料结构级配的破坏深度的影响十分
显著，交互作用对级配破坏深度亦有显著影响。
蒋红英[33]
利用颗粒层剪切移动装置，观测并分析散粒体结构大崩塌过程中自组织临界现
象发生的规律：当小的自组织临界的发生率减少到一定程度时，散粒体大的自组织临界的概
率趋于一个常数；另外他用随机理论细观探讨了一个预期失败模式的理论模型，定性地揭示
了微观拱和宏观大崩塌的演化规律，以及微观拱与材料性质的关系。
王乾[11]
基于欧拉法研究了料仓物料流动和料拱形成理论，研究了活化物料理论和振动活
化物料技术，并依据前人的研究结果提出了基于双质体振动的土动活化料仓物料的理论。
1.2.3 数值研究
近年来，随着计算机技术的发展，通过建立模型对粉粒体进行仿真的研究方法得以迅速
推广和发展。从建模出发点来看粉粒体流动模型大体可分为基于颗粒物理性质建立的连续模
型和基于统计学规律建立的离散模型两类。
1.2.3.1 基于颗粒物理性质建立的连续模型
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