基于非局部本构关系的沙漏流运动机理研究

Granular media is ubiquitous in nature and industrial production, and is an important issue in many infrastructural construction projects, such as nuclear centers. However, the research on granular media is still on primary stage. In this project, we plan to conduct three stages of research. First, the implementation of the non local constitutive law in a two-phase flow Navier-Stokes Solver, to simulate the discharge of hourglass flow from the bottom or lateral orifice. Second, in light of the comparison of the results obtained from continuum simulation, those from DEM simulation, as well as experimental results, we plan to propose a comprehensive non local constitutive law for the discharge of hourglass problem. Third, we will study the kinetics of granular media during the discharge, in order to understand the underlying physical mechanism. This project aims to complete the non local constitutive law， to understand the mechanism of the dynamics of hourglass flow, and to establish a new relationship between dominant variables, in order to provide a theoretical basis for the dynamic prediction of nuclear fuel leak after a reactivity initiated accident and other engineering scenarios.

颗粒物质在自然界以及工业生产中广泛存在，并且涉及到很多重大工程建设及其安全问题，例如核安全问题。但是，对颗粒物质运动基本规律的研究还处于初级阶段。本项目计划展开三阶段的研究：第一，把非局部本构模型与纳维尔-斯托克斯求解器进行耦合，用以模拟出口在底部和侧面的沙漏流现象；第二，基于连续模拟结果与离散元(DEM)模拟、实验结果的对比，提出完善的适用于沙漏流构型的非局部本构模型；第三，使用非局部本构模型，对沙漏流运动特征及内在规律进行基础科学研究。本项目旨在完善非局部本构模型，并深入地揭示沙漏流颗粒物运动机理，建立新的变量关系理论，为反应性事故发生后核燃料物泄露的动力预测及其他工程场景提供理论依据。

颗粒物质在自然界以及工业生产中广泛存在，并且涉及到很多重大工程建设及其安全问题，例如核安全问题。但是，对颗粒物质运动基本规律的研究还处于初级阶段。本项目主要完成了如下三个方面的研究：第一，本项目通过连续数值模拟程序进行了沙漏流运动过程中颗粒物压强及其速度场分析，梳理了压强、速度、流量以及出口尺寸之间的关系，建立了新的变量关系理论。并进一步揭示了诸多实验现象的内在机理。第二，针对在高压气体影响下的出口在底部和侧面的沙漏流运动问题，开发了两相流连续数值模拟程序，提出了完整的理论模型预测不同容器形状、出口位置和出口大小的颗粒物流量，并与实验结果吻合较好。第三，完善基于非局部本构理论的三维程序，将其应用到三维沙漏流机理问题的研究中，并与局部本构理论进行了对比，揭示了局部模型模拟沙漏流问题的不足之处。本项目的研究成果不仅能为反应性事故发生后核燃料物泄露的动力预测及其他工程场景提供理论依据，而且能够促进颗粒流这一基础科学问题的发展。