郭宇2018年10月在杭州参加全国流体力学学术会议

颗粒和粉体（一般指粒度小于100微米的颗粒）物质是工业生产中除了水之外最常见的物质，在化工、制药、冶金和能源工业中，必需的生产原料通常都是以颗粒散体的形态存在。其实颗粒和粉体也广泛地存在于我们的日常生活中，最常见的就是做饭用的食盐和面粉等。而一些自然灾害和环境污染例如沙尘暴、泥石流、雪崩和粉尘造成的空气污染等，其罪魁祸首也是颗粒物质。如果可以深入理解颗粒材料流动并发展出可靠的颗粒流动理论模型，就能为工业中相关设备的设计和优化提供理论依据，从而实现能源的节约、产品质量的改进和生产效率的提高，而且也有助于制定有效的措施，来防控自然灾害和治理空气污染。

但相比于水和空气等牛顿流体的流动，人们对颗粒流动的理解还远远不够。其中有一个重要原因就是颗粒系统有着复杂的力学行为，换句话说就是，在同一颗粒系统里，类似于固体、液体和气体的3种不同的力学行为可能同时存在。与水和空气的流动不同的是，颗粒流动的应力本构关系还受到固体体积分数和当前正应力的影响。这些复杂的力学行为，显著增加了发展颗粒流动理论的难度。此外，颗粒材料的自身性质如粒度分布和颗粒形状，以及颗粒间的相互作用如摩擦力和粘性力，也对颗粒的流动行为有着显著的影响。因此，目前尚不存在一个统一的理论可以描述所有颗粒材料的流动行为。而这一难题也曾在2005年被Science列入最前沿的125个科学问题中，即“能否发展关于湍流动力学和颗粒材料运动学的统一理论”。

为了更好地理解颗粒流动的规律，浙江大学航空航天学院工程力学系研究员郭宇及其所在的团队基于离散单元法（Discrete Element Method或DEM）模拟研究了非球形颗粒和柔性纤维颗粒的应力本构模型，并在发展复杂颗粒系统的连续介质力学描述上进行了有价值的尝试。

以兴趣开启力学之门

力学作为一门独立的基础学科，在物理学、天文学和许多工程学中都有着广泛的应用。这门学科可以说是来源于人们于对自然现象的观察和在生产劳动中的经验。在建筑、灌溉等劳动中对杠杆、斜面、汲水器等器具的大量使用，逐渐积累起人们对平衡物体受力情况的认识。其中，最广为人知的力学实验莫过于被科学界誉为“比萨斜塔试验”的美谈佳话。1589年的一天，25岁的比萨大学青年数学讲师伽利略在比萨斜塔上将一个重100磅和一个重一磅的铁球同时抛下。在众目睽睽之下，两个铁球出人意料地差不多是平行地一齐落到地上。这个有趣的实验不仅揭示了自由落体定律，提出加速度的概念，也帮助伽利略奠定了动力学的基础。

这门能够揭示物质机械运动规律的科学，曾引起无数人的好奇心，郭宇也是被其深深吸引的一位。自高中读书时起，他就对力学产生了浓厚的兴趣，觉得这门科学的应用范围相当广泛，所以当填写高考志愿时，他选择了北京航空航天大学工程力学系。越是深入研究，他越觉得趣味十足。硕士阶段，他又凭借优异的成绩前往清华大学航天航空学院工程力学系继续深造。

幸运总是垂青于有准备的人。硕士期间，其导师庄茁收到了一封信，信中希望他能够推荐一名学生去英国读博士。一直以来刻苦钻研的郭宇就成了这名幸运儿。接下来的几年中，他一直在英国伯明翰大学化学工程系学习并取得了博士学位。此后他又前往美国成为相关领域的研发工程师和研究学者，也正是这段海外求学和工作的经历，开阔了郭宇的视野，使他有机会了解国外的学术环境和氛围。

实践助力理论完善

海外学子们面临的第一个难关通常是语言关，他们不能清楚地表达自己的意愿，也听不大懂同行说的专业术语。初到海外的郭宇也不例外，但他总是努力地寻找机会来快速提高自己的英语水平。这种面对困难乐观拼搏的精神也使他在国外的求学和工作中做出了不俗的成绩。

博士期间，他的课题是关于制药方面的研究，即研究在制作药片或者胶囊的时候，药物颗粒的流动和填充过程。看似平常的颗粒流动，在制药过程中却发挥着非常重要的作用，它直接决定药物的填充效率乃至影响药片或胶囊的药效。这是因为颗粒在流动过程中，会因颗粒大小的不同而产生偏析，从而导致每个药片或胶囊的成分不均，最终影响药效。如果填充不均匀的话，也会使最终压制成的药片更易碎。如何避免这些问题，正是颗粒物质力学研究的目的。除了颗粒自身性质的影响，在其流动的过程中，还不可避免地要受到空气的影响，这同样也会影响填充效率，并且会影响颗粒的分离程度。因此研究空气会产生怎样的影响，如何避免这种影响，也是颗粒物质力学需要解决的问题。

文章来源：《固体力学学报》 网址: http://www.gtlxxbzz.cn/qikandaodu/2020/1109/346.html

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