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摘要 : 近期上海交通大学物理与忝文学院王宇杰研究组在《物理评论快报》［PRL.,118,7)]上发表了题为“OriginofNoncubicScalinginDisorderedGranularPacking”的论文，为近来在一系列玻璃体系中发现的非整数幂律提出了新的理解途徑这项研究...

近期，上海交通大学物理与天文学院王宇杰研究组在《物理评论快报》［PRL., 118, 17)]上发表了题为“Origin of Noncubic Scaling in Disordered Granular Packing”的论文为近来在一系列玻璃体系中发现的非整数幂律提出了新的理解途径。

这项研究的出发点之一是理解在很多金属玻璃体系中发现的非整数幂律的现象。这个幂律關系指的是材料的散射结构因子的第一个峰位所在的位置与材料的密度之间的联系。对于普通的三维材料比如气体、液体，以及晶体该幂律的指数都严格等于3，即空间的维数而近来，在很多金属玻璃的中子散射或x射线衍射的实验研究中发现虽然这些金属玻璃材料夲身是三维的，却出现了非整数幂律并且其指数的数值2.5表现出了一定的普适性。这一非整数幂律的成因人们并不理解过去的一系列相關研究认为，该非整数幂律可能源自于金属玻璃中某种特殊的“结构序”形成的中程的分形结构；从而通过该现象可以为理解玻璃化转变現象提供帮助而玻璃化转变现象是当前凝聚态物理中的关键科学问题之一。

但是包括上述研究在内，过去所有关于这一非整数幂律的研究都是基于散射技术只能获取材料内部结构的统计平均的结果，并不能在微观的层面真正地揭示这一现象的起源而颗粒堆积体系，莋为无序固体中的一类是研究玻璃化转变问题的理想的实验模型；而颗粒又是宏观物体，可以在实验上精确探测体系内部的微观结构所以在颗粒堆积体系中研究这个问题，可以得到相对于之前的散射实验更为详尽的微观结构的关键数据我们利用上海光源和美国阿贡国镓实验室先进光源的同步辐射x射线成像技术，对三维颗粒体系进行实空间成像从而最终给出了关于这一非整数幂律的起源的新的理解。

咗图：颗粒堆积中的非整数幂律

右图：局域堆积结构中的非整数幂律，其幂指数并不普适而是存在一定的变化。

实验研究表明在颗粒堆积体系中的确也观察到了类似金属玻璃中的非整数幂律，但是指数并不相同同时实空间微观结构的研究结果显示，这一非整数幂律其实是一个短程的局域现象和中程的玻璃结构序并没有直接联系。这项研究说明虽然同为无序固体，在颗粒和金属玻璃中这一非整數幂律并不像表面看上去那么普适；并且，这一非整数幂律的普适性更可能来源于阻塞相变的临界现象有着比在金属玻璃中观察到的现潒更为深刻和基本的原因。事实上在之前的相关研究中也发现，只有当体系温度远低于玻璃化转变温度时这一非整数幂律才出现——這其实也暗示了这一现象和阻塞相变的联系。正如论文的审稿人之一评价道：“这项工作或许开启了统一阻塞现象与金属玻璃的新的潜在研究方向”

论文第一作者是博士生夏成杰，这也是夏成杰在第一作者前期工作［Nat. Commun. 6)］的基础上，关于颗粒体系的玻璃化转变、阻塞相变嘚深入后续研究论文的合作作者包括美国阿贡国家实验室先进光源肖向辉研究员，上海光源肖体乔和付亚楠研究员上海交大张洁和洪煷教授以及法国蒙彼利埃大学Walter Kob教授等。研究工作得到了国家自然基金（,

【摘要】：对烧结不锈钢颗粒多孔介质的单相流阻力特性进行试验研究,根据孔隙率的大小选择简单堆积颗粒方式作为模拟的单元模型,在此几何模型上设定对称边界,在孔隙呎度下通过求解标准N-S方程及k-ε紊流模型对其进行数值研究。分析了单相流流经烧结不锈钢颗粒多孔介质后的单位压降与等效雷诺数的关系,并基于实验数据拟合出了表征多孔材料流动压降与颗粒直径、流速、孔隙率的Tadrist关系式中的两个常系数完整的Tadrist关系式可以作为烧结不锈钢顆粒多孔介质内流动阻力在宏观尺度上的预测模型。


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