刘文巍：年清华大学优秀博士学位论文二等奖获得者
范德华力作用下细颗粒随机堆积过程的动力学研究
DynamicsofRandomPackingsofMicro-particlesinPresenceofvanderWaalsForce
作者：刘文巍
指导教师：李水清
培养院系：热能工程系
学科：动力工程及工程热物理
读博感言：以科学的精神探索世界，用科学的手段改变世界。
研究背景/选题意义/研究价值颗粒在平面上的随机堆积过程是能源、环境、化工等学科的一类基础研究对象，如颗粒物质在料仓内的存储、除尘器内细颗粒物的脱除、锅炉内飞灰的沉积结渣以及太空颗粒的沉积与粘附等。由重力主导的毫米级以上的大颗粒物的堆积问题已经有了较为系统的研究；而对于微米级的细颗粒物，由于其尺度效应，颗粒之间的范德华作用力超过重力约三个量级以上，成为最为重要的作用力。迄今，对于细颗粒堆积问题的研究由于其复杂的相互作用力尚不够系统和成熟。本文以微米级细颗粒物为研究对象，采用动力学模拟为主，理论研究为辅，定性实验验证的思路对这一问题展开了系统的研究。
主要研究内容本论文以颗粒在平面上的随机堆积过程为研究对象，通过离散元动力学模拟的方法研究了颗粒的粒径分布、表面能、速度以及形状因素等参数对于粘附性颗粒的随机堆积过程的影响；利用堆积密度、配位数、径向分布函数、角分布函数等参数对堆积结构进行了详细的描述与表征，建立了细颗粒堆积结构变化与无量纲粘附数Ad的物理关联；在无粘附性颗粒的Edwards理论的基础上发展了适用于描述粘附性颗粒堆积结构的统计力学系综方法；并通过丝网过滤实验对动力学模拟和理论结果进行了一定的验证。
单分散粘附性球形颗粒的堆积密度与无量纲Ad数的关系
粘附性球形颗粒的堆积相图
主要创新点1、发展了一套适用于计算粘附性细颗粒动力学的离散元方法，并采用该方法系统的研究了颗粒粒径分布、表面能、速度、摩擦系数和形状等因素对于颗粒随机堆积过程的影响，建立了堆积密度和无量纲粘附数的物理关联；
2、基于Edwards颗粒系统统计力学理论框架，发展了适用于粘附性细颗粒堆积系统的统计力学系综方法，得到了细颗粒随机堆积的状态方程和堆积相图；
3、对对数正态分布粒径的细颗粒开展了堆积实验，定性的验证了模拟和理论的结果。
代表性学术发表1、W.Liu,S.Chen,S.Li*,AIChEJ,(),inpress.
2、W.Liu,Y.Jin,S.Chen,H.A.Makse,S.Li*,SoftMatter,13(2)(),-.
3、W.Liu,S.Li*,S.Chen,PowderTechnol.,(),-.
4、W.Liu,S.Li*,A.Baule,H.A.Makse,SoftMatter,11(32)()-.
作者：刘文巍
供图：刘文巍
编辑：清华大学研究生院周明坤严颖巧
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