颗粒物质体系是指粒径在1μm以上的颗粒通过相互作用形成的离散体系,是与流体、固体并存的自然界中一种重要物质形态。颗粒物质的应用不仅涉及建筑、工业、医药等领域,而且沙尘暴、泥石流、雪崩等自然灾害也与颗粒物质的运动密切相关。因此,对颗粒物质的研究不仅具有重要的经济价值,还具有很重要的科学意义。颗粒物质在受到外力及内力的共同作用下,会表现出类似流体的性质,但与流体所不同的是在流动的过程中会出现尺寸分离现象。颗粒分离问题首次由Brown报道并受到工程界的重视,并在1987年被Rosato引入物理领域,将这一问题命名为“巴西果”效应。之前有关颗粒分离问题的研究大多集中在闯入系统及二元混合系统,而多元混合物中的分离问题还没有被广泛研究,其分离机制及影响分离的因素仍需进行研究。此外,以往针对颗粒分层行为的研究多采用球形颗粒,忽略了颗粒形状对分层过程的影响,而现实生活中,颗粒物质的形状千差万别,且已有学者的研究表明颗粒形状对其分选等行为有显著的影响。因此,本文针对球形及非球形颗粒的三元混合系统在振动中表现出来的运动行为及影响系统分离的因素进行了系统的研究。研究表明:(1)在相同条件下,三元系统并没有像二元系统那样形成明显的分层结构,而是形成小颗粒沉积在底部,较大颗粒在颗粒床上部混合的部分分层结构;(2)三元系统在振动分层过程中存在对流现象,且对流是系统产生混合的原因,系统最终处于部分分层结构是由于混合机制(对流作用)与分离机制(渗漏作用)达到平衡的结果;(3)中等颗粒的加入对系统的分层有抑制作用,且分层效果受中等颗粒参数影响显著,粒径越大系统分层效果越差,且质量分数存在一临界值,小于该值时系统混合熵随质量分数增加而增加,大于该值时系统混合熵不变;(4)通过对比球形及胶囊状颗粒的振动过程,发现球形颗粒的分层效果好于胶囊状颗粒,大颗粒及球形颗粒运动比小颗粒及胶囊状颗粒活跃,研究其受力及动能变化规律,表明大尺寸颗粒及球形颗粒间作用力、力矩和动能均大于小尺寸颗粒和胶囊颗粒,这就从力与能量的角度解释了这一结果。