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　　1.1颗粒运动的理论推导与分析
　　在农业工程领域，以理论推导的方式对离散颗粒的运动过程进行研究主要出现在相关颗粒运动过程非常复杂且研究处于初步阶段和数值模拟条件不成熟的情况（计算机硬件配置较低或缺乏成熟的计算程序和软件）。
　　理论推导所依据的理论包括牛顿力学、微分方程、统计概率、连续介质力学、混沌动力学、离散元法和随机过程理论等。推导的目的是建立颗粒（群）运动方程（组）。推导所面临和需解决的首要问题(也是核心问题）是颗粒接触关系的真实描述及其合理假设与简化,在此基础上才能建立起颗粒之间、颗粒与壁面之间的力学接触模型并对其动力学响应进行研究分析。理论推导中，对颗粒真实接触关系的认识程度和所建接触模型对真实接触关系的简化程度共同决定了该理论推导与分析的可靠程度。所建接触模型的复杂程度和采用的计算方法在很大程度上决定了后续计算的难度和理论分析的深度。对于颗粒特性较为单一、动态过程不太复杂且规律性较强的颗粒运动过程而言，研究者往往视颗粒为单一性质颗粒（完全弹性体或粘性体等），并以单一性质碰撞（完全弹性碰撞或完全非弹性碰撞等）为基本模型对单颗粒建立较为简单的方程（组），此时的方程（组）一般是线性的；对于颗粒特性和动态过程都较为复杂且运动规律不甚明了的颗粒（群）运动过程而言，研究者则需要综合考虑颗粒的弹性与粘性等力学特性,建立起具有若干弹性元件与粘性阻尼元件并具有复杂结构的颗粒接触碰撞模型，此时的模型所对应的方程（组）往往具有非线性特征。
　　对于单颗粒体，其运动过程可认为是一个确定性过程，因此在确定的力学接触模型下，只要给定初始条件，就可以确定其动力学响应过程。但从理论上对颗粒群运动过程进行推导与分析时，则往往需要引入统计概率理论。这是因为颗粒群的运动过程同时包含着确定性过程和随机性过程。对流化床中农业物料的偏析运动过程的理论推导与分析就是在对颗粒进行受力分析后基于概率统计理论建立的随机微分方程并进行了分析。
　　1.2颗粒运动的数值模拟与分析
　　得益于计算机技术的飞速进步,各类数值模拟技术日趋成熟，已经在众多领域的科学研究与产品研发方面得到了广泛的应用。数值模拟技术所具有的显著优势有:①能够以较低的成本进行较多的科学试验，对于高风险、高成本的科学试验而言，这一优势尤其明显。②试验过程及结果完全可视化且可反复回放，对于复杂试验过程和快速试验过程而言，这一优势十分有利于科研工作者分析试验过程中的相关细节。针对颗粒（群）运动过程分析的数值模拟技术大都基于离散介质理论，其中尤其活跃的是所谓的离散兀法（Discrete/distinctelementmethod，DEM)。离散元法的本质思想是：通过跟踪各单颗粒的运动,利用颗粒之间、颗粒与边界之间碰撞产生的能量交换来预测颗粒群的详细运动过程。离散元技术在岩土、矿冶、农业、食品、化工、制药和环境等领域有广泛地应用。离散元模型由Cundall等于1979年提出H，经过30多年的发展,其模型有了较大改进,且引入了复杂的算法，使得其效率提高、模拟准确，现在已经能够在复杂的边界条件下计算数百万的颗粒运动。
　　基于离散元法的成熟商业软件已有很多，如由美国ITSCA公司开发的UDEC、DEC和PFC软件，Thornton研究组开发的GRANULE程序和英国DEM-Solutions公司开发的EDEM通用离散元软件等。近年来国内学者也陆续开发出了一些离散元软件，如王泳嘉等利用C语言开发了三维离散单元法软件TRUDEC;刘凯欣研究小组利用VC6.0和OpenGL技术开发了较完整的SUPER-DEM软件0。在农业工程领域，有越来越多的科研工作者应用离散元软件对各类散体颗粒群的运动过程进行了数值模拟与分析，其中文献[6~9]中所应用的离散元分析软件就是由各领域的学者自行开发的，而文献[10~11]则以开发该类软件为研究目的。
　　农业工程领域的散体颗粒大体可分为3类:土壤散体颗粒、农业物料颗粒和多相流体中的单相介质。其中，前两类散体颗粒普遍具有较明显的初性、塑性和粘弹性等机械特性，且同一类散体颗粒也会因含水率、物料来源和微观结构等因素的不同而具有较大差异，这与岩土、矿业等领域所面对的颗粒特性有很大不同。农业工程领域颗粒物料性质的特殊性使得本领域的颗粒运动数值模拟不同于岩土、矿业等领域。到目前为止，专业用于农业工程领域颗粒（群）运动数值模拟的商业化软件尚未出现，这一方面是因为我们自身科研力量的不足，另一方面则是因为本领域各类农业装备在工作性质、工作方式和工作对象等诸多方面存在较大差异。因此，在本领域采用数值模拟的方法对颗粒（群）运动进行研究时，经常会出现3类情况:①使用通用离散元软件对相关研究对象进行较为简单的数值模拟。②在使用通用离散元软件时先根据自身需要对其进行二次开发，再对颗粒（群）运动进行数值模拟。③在小范围内使用自主开发的专用离散元软件（程序）进行数值模拟。
　　1.3颗粒运动的实测试验与分析
　　由于实测试验数据更为准确和可靠，且能对相关理论分析和数值模拟起到基础性、指导性和验证性的作用，因此实测试验在科学研究中始终具有不可替代的重要地位。相对于上述的理论分析和数值模拟手段，在农业工程领域对颗粒（群）运动进行实测试验所需的科研经费投入较大。目前在农业工程领域对颗粒（群）运动进行的实测试验大都是基于图像或光学原理，大致可分为3类:①采用普通高速摄像手段进行的单颗粒运动轨迹跟踪试验。②采用高速摄像和粒子图像速度系统（PIV)进行的颗粒群瞬时全流场试验。③采用基于多普勒原理的激光衍射粒度仪（PDPA)进行的颗粒粒度和速度空间分布试验。