粉粒体における異径粒子の分離現象の分子動力学法による研究

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05640440
• Research Institution: Fukui University
• Principal Investigator: 大月 俊也 福井大学, 工学部, 助教授 (10203845)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 光也 福井大学, 工学部, 教務職員 (40227179) ; 岩田 一良 福井大学, 工学部, 教授 (00020230) ; 林 明久 福井大学, 工学部, 助教授 (80208610)
• Keywords: 分子動力学 / 粉粒体 / 偏析

Research Abstract

同一粒子から成る2次元系の中に1つだけ半径あるいは比重の異なる粒子を入れ、底壁を三角波で振動させた場合のシミュレーションを行った。その結果、(1)粒径の大きな粒子は比重が周囲の粒子より高い場合でも浮上する、(2)系は初期状態によらない定常状態に達し、そのときの異径粒子の位置は半径や比重と共に連続的に変化する、(3)周りの粒子の応力分布の測定より、異径粒子の浮上は単純な浮力では説明できない、等の結果を得た。さらに計算を拡充・発展させ、まず粒子数を増やすことにより系の有限サイズの影響はほとんど無視できることを確認した。次に粒径や比重に対する依存性を定量的に調べ、異径粒子の平均位置は、(1)半径比が1の近傍では粒径の増加と共に急激に上昇するが、その後最大値に達した後はほぼ一定の値となる、(2)粒子の比重に関しては単調減少関数となる、などの結果を得た。
これらの計算では水平方向には周期的境界条件を設定したが、最近、左右にも固定壁が存在し振動層の幅が比較的狭い場合には周りの粒子の対流運動により異径粒子が浮上するという実験が報告された。そこで上下左右に固定壁を持つ容器全体を振動させた場合のシミュレーションを行い、ここでは確かに対流が生じ、それが異径粒子の運動に重大な影響を及ぼしていることを確認した。一方、周期的境界条件下ではほとんど対流は生ぜず、異径粒子の挙動にもほぼ無関係であることを明らかにした。そのため例えば振動層の幅に対する依存性などが両者の場合で質的に全く異なる。これらの結果より周期的境界条件、あるいは振動層の幅が十分広い場合には何か分子論的なメカニズムが働いており、対流と併せて粉粒体における異径粒子の分離現象には少なくとも2つの全く異なったメカニズムが存在していることがわかった。

Research Products

• [Publications] T.Ohtsuki,Y.Takemoto,T.Hata,S,Kawai and A.Hayashi: "Moleculer Dynamics Study of Cohesionless Granalar Matevicls′Size Segregotion by Shaking" International J.of Modern Physics. B7. 1865-1872 (1993)
• [Publications] T.Ohtsuki,D.Kinoshita,Y.Takemoto and A.Hayashi: "Segregation by Shaking in Cohesionless Granalar Mixtares:Efleats of Particle Size and Density" J.Physical Society of Japan. 64. (1995)