Forskere knækker brasilødder-puslespillet, hvordan stiger de største nødder til toppen?

Forskere har for første gang fanget den komplekse dynamik i partikelbevægelse i granulerede materialer, hjælper med at forklare, hvorfor blandede nødder ofte ser de større paranødder samle sig i toppen. Resultaterne kan have vital indflydelse på industrier, der kæmper med fænomenet, såsom lægemidler og minedrift.

Mange mennesker vil have oplevelsen af ​​at dyppe deres hænder i en pose blandede nødder kun for at finde paranødderne øverst. Denne effekt kan også let observeres med korn, med de større genstande, der stiger til toppen. I daglig tale, dette fænomen med partikler, der adskiller sig efter deres størrelse, er kendt som 'paranød-effekten' og har også enorme konsekvenser for industrier, hvor ujævn blanding kan forringe produktkvaliteten kritisk.

Nu, for første gang, forskere ved University of Manchester har brugt tidsopløst 3D-billeddannelse til at vise, hvordan paranødderne stiger opad gennem en bunke nødder. Arbejdet viser vigtigheden af ​​partikelform i afblandingsprocessen.

En almindelig vanskelighed med at undersøge granulerede materialer er at følge, hvad der sker med partikler på indersiden af ​​bunken, som ikke let kan ses. Denne nye forskning offentliggjort i tidsskriftet Videnskabelige rapporter gør et vigtigt gennembrud i vores forståelse ved at anvende avancerede billeddannelsesteknikker på den nye nationale forskningsfacilitet for laboratoriebaseret røntgencomputeret tomografi (NXCT), baseret på Henry Royce Institute.

Regius professor Philip Withers sagde:"I dette arbejde, vi fulgte paranøddernes og jordnøddernes bevægelse gennem time-lapse røntgencomputertomografi, da pakken gentagne gange blev omrørt. Dette gav os mulighed for for første gang at se den proces, hvorved paranødderne bevæger sig forbi jordnødderne for at stige til toppen."

Teamet indfangede det unikke billeddannelseseksperiment på video, der viser den tidsmæssige udvikling af møtrikblandingen i 3D. Jordnødder ses at sive nedad, mens tre større paranødder ses at stige opad. Den første paranød når de øverste 10% af lejehøjden efter 70 forskydningscyklusser, med de to andre paranødder, der når denne højde efter 150 forskydningscyklusser. De resterende paranødder ser fanget ud mod bunden og stiger ikke opad.

Dr. Parmesh Gajjar, hovedforfatter af undersøgelsen, tilføjer:"Kritisk, paranøddens orientering er nøglen til dens opadgående bevægelse. Vi har fundet ud af, at paranødderne oprindeligt starter vandret, men ikke begynder at stige, før de først har roteret tilstrækkeligt mod den lodrette akse. Ved at nå overfladen, de vender derefter tilbage til en flad orientering.

"Vores undersøgelse fremhæver den vigtige rolle, som partikelform og orientering spiller i adskillelse. Yderligere, denne evne til at spore bevægelsen i 3D vil bane vejen for nye eksperimentelle undersøgelser af segregerende blandinger og vil åbne døren for endnu mere realistiske simuleringer og kraftfulde forudsigelsesmodeller. Dette vil give os mulighed for bedre at designe industrielt udstyr for at minimere størrelsesadskillelse og dermed føre til mere ensartede blandinger. Dette er afgørende for mange brancher, for eksempel at sikre en jævn fordeling af aktive ingredienser i medicinske tabletter, men også inden for fødevareforarbejdning, minedrift og byggeri. "