颗粒系统在水平振动作用下表现出复杂的现象,包括分离、对流与分布图案,对农业、采矿、制药、地质、土木工程等发展具有重要意义。以前的理论和实验工作大多研究了竖向振动的影响,较少探索水平振动对颗粒系统对流运动与分布模式的影响。在水平振动的颗粒系统中,影响颗粒运动与分布的重要因素主要包括颗粒粒径比、颗粒物性、能量输入、振动方向和边界条件等。在本文中,我们将分别研究水平振动作用下单组分颗粒体系单层床层、双组分颗粒体系单层床层与双组分颗粒体系多层床层中颗粒的对流运动与分布图案。首先,我们将总质量500g、粒径d=8.0 ± 0.2 mm的活性氧化铝球形颗粒放入正方形容器形成单组分颗粒体系的单层床层。容器边长LX=LY=25 cm,高LZ= 18 cm。在容器上施加水平振动,振动频率分别固定为5 Hz、10 Hz和15 Hz,无量纲振动加速度Γ=0.8～1.4。在实验中,我们发现单组分颗粒体系的单层床层在水平振动作用下形成了四种不同的密度分布区域,即固态区、团簇区、气态区和空区,以及颗粒从容器的一个角落跳起形成多层结构的3D状态。研究发现转动惯量I对颗粒系统的能量耗散和对流运动有重要的影响,且有I∝(Lv,),其中L为颗粒系统的角动量,vt为颗粒系统的线速度。当(Lvt)>2.24X104 gcm3/s2且Γ≥1.2时,颗粒系统发生对流运动。3D状态的形成主要受振动加速度的影响,受振动频率的影响较小。此外,我们降低颗粒系统总质量至400 g,研究了活性氧化铝球形颗粒的单层床层在水平振动频率f= 5 Hz、10 Hz和15 Hz,振动加速度Γ=0.8～1.4条件下的对流模式。实验发现了对流运动的多种模式,包括无对流、双环对流、顺时针单环对流与逆时针单环对流等。同时,颗粒系统也形成了不同的密度分布区域,即固态区、团簇区、气态区和空区。空区范围的大小影响其他区域的颗粒密度,对流模式对团簇区没有明显的影响。用气态区与固态区的动能比μ=kg/ks 表征颗粒对流模式,发现无对流时μ = 0.02、双环对流时μ=5.36、顺时针单环对流时μ = 6.85及逆时针单环对流时μ = 8.76。我们研究了振动频率f= 5～7 Hz,振动加速度Γ=0.1～1.7的水平振动作用下双组分颗粒体系单层床层,实验观察了颗粒系统的不同阶段。首先,团簇演化并延伸为条纹,然后形成了清晰的条纹图案。在此过程中,对流运动由逆时针单环对流转变为顺时针单环对流,随后对流环数目增加,条纹逐渐消失。这些模式的转变,最终分布图案和对流模式取决于无量纲加速度、颗粒系统的输入能量和颗粒的平均速度。最后,我们研究了双组分颗粒系统多层床层中颗粒的对流运动与形成图案。双组分颗粒粒径分别为4.0 ±0.2 mm与8.0 ± 0.2 mm。水平振动频率分别设置为f= 5 Hz,10 Hz和15 Hz,无量纲振动加速度范围为Γ=0.8～1.4。实验发现颗粒在水平振动作用下形成了不同的运动模式。实验中,我们观察到大颗粒沿垂直于水平振动方向的壁面方向做螺旋运动,沿平行于水平振动方向的壁面方向做直线运动。当大颗粒沿垂直于水平振动方向的壁面方向反向移动时,颗粒系统形成了对称对流对流环。当大颗粒沿平行于水平振动方向的壁面方向移动时,对流环出现在颗粒系统的中间区域。大颗粒的螺旋运动与直线运动属于颗粒对流运动的一部分。在水平振动作用下,颗粒系统会发生颗粒堆积现象,对颗粒对流产生重要的影响。堆积位置为含有振动频率f和无量纲振动加速度Γ的函数。