文献综述
摘要：本文主要介绍了颗粒物质研究的背景及意义，以及颗粒物质目前发展的现状，探究了颗粒物质及颗粒流的一些基本性质。颗粒物质从稀疏流到密集流转变的这些性质的探究，为进一步探究含匝道通道内颗粒流汇聚特性提供了理论参考，加深了对颗粒物质汇聚特性的理解。
关键词：颗粒物质 颗粒体系 颗粒流 稀疏态 密集态
1 研究背景及意义
颗粒物质在自然界、日常生活及生产和技术中普遍存在．例如：自然界中沙石、土壤、浮冰、积雪等；日常生活中的粮食、糖、盐等；生产和技术中的煤炭、矿石、建材以及不少药品、化工品也为颗粒物质[1,2]。很多其他离散态物质体系，例如散装货物输送、地球板块运动及公路上车辆的流动等也常作为颗粒体系来处理。可以说，颗粒物质是地球上存在最多、最为人们所熟悉的物质类型之一[3,4]。大量颗粒组成的离散态物质体系具有特别的性质和运动规律。颗粒物质表现出许多不同于固、液、气物质的奇特现象和独特的运动规律。由于对颗粒物质运动规律的理解具有重要科学意义和应用背景，近十年来颗粒物质研究逐步成为物理学研究中的一个活跃领域[5]。
颗粒物质在自然界中普遍存在，但直到目前为止对颗粒物质的了解还相当有限。颗粒物质具有许多独特的性质，其中的相变现象也非常丰富。非平衡相变往往是由大量分子自发组织起来集体运动的结果。颗粒物质所表现出复杂的行为特性就强烈地依赖于大量颗粒间的力学相互作用。颗粒间的基本相互作用是非弹性碰撞和摩擦。前一种作用主要决定了能量在颗粒间的传递、耗散，并对个体颗粒的运动方式产生影响；而后一种作用使得颗粒趋向于整体运动，消除个体颗粒之间的差异。颗粒体系是能量耗散体系，外界作用或颗粒运动能量会通过与其他颗粒的摩擦和碰撞而耗散，因而在颗粒体系中发生的相变现象都是非平衡相变，如沙堆崩塌现象[6,7]。
颗粒物质不同于一般固体、液体和气体，其流动行为与普通流体不同，显示出奇异的特性，对这种特性尚未很好认识。由于在日常生活和工业技术上颗粒流寻常可见，与物品的输送、公路上车辆流动等均密切相关，工程技术界早就十分关心这一问题。[8,9]日常经验告诉我们，当人群通过一个入口时，若他们有次序地行进，可畅通流动，流量与行进速度和密度有关。而当人群很拥挤时，则流量大大减少。在公路上行使的车辆，若相互保持一定距离，则交通流量很大。如果通过一个狭窄的口子，则车辆密度增大，速度降低，流量立刻减小。交通流已成为一个研究热点[10] 。
在粒状材料的实际过程中，通常存在粒状流合并和相互作用的接合点。然而合并粒状流的效果仍然很少了解。颗粒流的合并在工业，采矿和地质过程中是普遍存在的。然而，其行为仍然知之甚少[11]。
2 研究现状
在一个通道中，颗粒流动有三种状态，即稀疏流、密集流和堵塞。稀疏流是指颗粒堆积密度较低，颗粒之间几乎没有相互作用的流动，流量可以很大[12]。在稀疏流状态下颗粒的运动形式与气体分子非常类似，因而类比气体分子运动方程，可建立起适用于颗粒气体的本构方程。在这种被称作颗粒气体的状态下，与气体分子理论类似，可由速度涨落定义出颗粒温度。大量的实验和理论表明，颗粒温度对稀疏流的状态起决定性的作用，密集流是颗粒间有相互作用的流动，流量降低．在密集流状态下颗粒温度将变得不重要，同时类似气体分子运动方程的方法也不再适用，通常对密集流的研究采用修正的塑性理论。堵塞则是颗粒在出口处成拱，使颗粒流动停止的状态。
