Выпуски

 / 

2024

 / 

Май

  

Из текущей литературы


Коэффициент случайной упаковки бинарной системы подобных частиц: новый взгляд на модель исключённого объёма Онзагера

 
Department of the Built Environment, Eindhoven University of Technology, PO Box PO Box 513, Eindhoven, 5600, The Netherlands

Исследуется коэффициент случайной упаковки бинарной системы из двух сортов подобных частиц с отношением размеров от единицы до более двух. Чтобы получить асимптотически правильное выражение для коэффициента упаковки таких бинарных систем, используется классическая модель исключённого объёма для сфероцилиндров и цилиндров, предложенная Онзагером [1]. Из разложения в ряд Тейлора следует, что увеличение коэффициента упаковки за счёт бинарной полидисперсности составляет 2f(1 - f)X1(1 - X1)(u - 1)2 + O((u - 1)3), где f — коэффициент упаковки моноразмерных частиц, X1 числовая доля компонента, u — отношение размеров двух сортов частиц. Это уравнение прекрасно согласуется с полуэмпирическим выражением Мангельсдорфа и Вашингтона [2] для случайной плотной упаковки (Random Close Packing, RCP) сфер. Объединив оба подхода, мы предлагаем общее явное выражение для коэффициента бидисперсной упаковки, применимое к отношениям размеров значительно выше двух. Это выражение детально сравнивается с результатами компьютерного моделирования случайной плотной упаковки бинарной системы сфероцилиндрических частиц, включая сферы, и случайных неплотных упаковок сферических частиц (1 ≤ u ≤ 2). Полученное общее выражение в замкнутой форме без параметров, которое содержит коэффициент упаковки моноразмерной системы, отношение размеров и состав смеси частиц, отлично согласуется с набором данных по упаковке, установленных путём компьютерного моделирования с использованием четырёх различных алгоритмов как для RCP, так и для случайной рыхлой упаковки (Random Loose Packing, RLP). Кроме того, проведённый анализ позволяет получить карту коэффициента монодисперсной упаковки для широкого набора форм частиц в различных состояниях уплотнения. Явные границы между RCP и RLP на этой карте хорошо согласуются со всеми рассмотренными данными. В приложении представлен обзор опубликованных значений коэффициента монодисперсной упаковки (сферо)цилиндров для аспектных отношений l/d от нуля до бесконечности, а также для конфигураций упаковки RLP и RCP в сопоставлении с моделью Онзагера, основанной на понятии исключённого объёма. Приведён вывод коэффициента упаковки бинарной смеси дисков на плоскости (R2) и гиперсфер в RD(D > 3), мало отличающихся по размерам, с использованием той же модели.

Текст pdf (495 Кб)
Ключевые слова: твёрдые сферы, бинарные системы, плотная упаковка, случайная упаковка, отношение размеров, монодисперсные частицы
PACS: 45.70.Cc, 71.55.Jv, 81.05.Rm (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2023.11.039606
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2024/5/d/
Цитата: Брауэрс Х Дж.Х "Коэффициент случайной упаковки бинарной системы подобных частиц: новый взгляд на модель исключённого объёма Онзагера" УФН 194 546–567 (2024)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 13 июля 2023, доработана: 24 октября 2023, 21 ноября 2023

English citation: Brouwers H J.H “Random packing fraction of binary similar particles: Onsager's excluded volume model revisitedPhys. Usp. 67 (5) (2024); DOI: 10.3367/UFNe.2023.11.039606

© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение