simulation of a vibrated granular system · 2007. 6. 29. · alexis burdeau, lptmc orsay, june 20th...

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 Simulation of a vibrated granular system quasi equilibrium properties Alexis Burdeau advisor Pascal Viot Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée UMR 7600 Université Pierre et Marie Curie/ CNRS Orsay, June 20th 2007

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    Simulation of a vibrated granular system

    quasi equilibrium properties

    Alexis Burdeau

    advisorPascal Viot

    Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée

    UMR 7600 Université Pierre et Marie Curie/ CNRS

    Orsay, June 20th 2007

  •    Alexis Burdeau, LPTMC Orsay, June 20th 2007

    Simulation of a vibrated granular system

    Motivations of the study

    Get a better understanding of these experimental results

    Propose a realization of stochastic thermostat for 2d granular gases

    Recent experimental studies of vibrated system in the same direction Prevost & al, Phys. Rev. Lett.(2002), Reis & al, Phys. Rev. E (2007)

    Retrieve experimental results with a simple simulation model

  •    Alexis Burdeau, LPTMC Orsay, June 20th 2007

    Simulation of a vibrated granular system

    The experimental system     

    Baxter & Olafsen, Nature (2003)

          Coverage density c from 0.2 to 0.8

    Dimensionless acceleration 

    Range of frequencies f : 50 to 90 Hz

  •    Alexis Burdeau, LPTMC Orsay, June 20th 2007

    Simulation of a vibrated granular system

    Experimental results

    For a perfect Gaussian distribution Renormalized horizontal velocities distributions

    Experimentally for the top layer

  •    Alexis Burdeau, LPTMC Orsay, June 20th 2007

    Simulation of a vibrated granular system

    Simulation Model

    System of viscoelastic rough beads 

    Damped oscillator  for the normal force

    Tangential friction

  •    Alexis Burdeau, LPTMC Orsay, June 20th 2007

    Simulation of a vibrated granular system

    Top layer velocity distribution

    Nearly perfect Gaussian distributions 

    K increases with increasing density

    Renormalized horizontal velocities distribution in the top layer

  •    Alexis Burdeau, LPTMC Orsay, June 20th 2007

    Simulation of a vibrated granular system

    Bottom layer velocity distributionStrongly non Gaussian distribution for the horizontal velocity

    In red, Gaussian distribution

    Significant correlations with the vibrating plate and the other particles 

  •    Alexis Burdeau, LPTMC Orsay, June 20th 2007

    Simulation of a vibrated granular system

    Interpretation of the Gaussian velocities distributionTYPICAL TRAJECTORY OF A LIGHT PARTICLE ON THE

    HORIZONTAL PLANE

    Density on the top  c = 0.4

    Collision with a light bead

    The collisions with the first layer beads decorrelate the light beads movements

    Collision with a heavy bead

  •    Alexis Burdeau, LPTMC Orsay, June 20th 2007

    Simulation of a vibrated granular system

    Granular temperature

    For a tracer in a Gaussian bath Martin & Piasecki (1999)

    with

    Extension of the thermodynamic definition to the granular gases

  •    Alexis Burdeau, LPTMC Orsay, June 20th 2007

    Simulation of a vibrated granular system

    Simulation results for the temperature ratio

    Growing influence of the top beads on the first layer

  •    Alexis Burdeau, LPTMC Orsay, June 20th 2007

    Simulation of a vibrated granular system

    Structure of the top layer

    In black, particles twice bigger

    Pair distribution fonction

    In green, Percus Yevick solution for hard disks at equilibrium

    In red, normal system

  •    Alexis Burdeau, LPTMC Orsay, June 20th 2007

    Simulation of a vibrated granular system

    Conclusions & Prospects

    Empirical justification of the use of stochastic thermostat for 2d granular gases

    Other interesting features : correlation translation/rotation 

    Strongly dissipative system exhibiting equilibrium properties 

  •    Alexis Burdeau, LPTMC Orsay, June 20th 2007

    Simulation of a vibrated granular system

    Vertical velocities distributions

    In black, distribution of the bottom layer