Undersøgelse viser, hvordan granulerede materialer kommer ud af en marmelade

Kornet materialer , såsom sand, grus og ris, er overalt omkring os. De bruges i alt fra byggeri til fødevareproduktion. Men på trods af deres allestedsnærværende, forstår vi stadig ikke helt, hvordan de opfører sig.

En af de mest interessante egenskaber ved granulære materialer er deres evne til selvorganisering. Når et granulært materiale hældes i en beholder, vil det til sidst sætte sig i en stabil konfiguration. Denne konfiguration er ofte karakteriseret ved dannelsen af ​​buer og hvælvinger, som hjælper med at understøtte materialets vægt.

Hvordan formår granulære materialer at danne disse strukturer? En ny undersøgelse fra forskere ved University of Amsterdam giver en vis indsigt. Undersøgelsen, som blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Physics , viser, at granulære materialer er i stand til at selvorganisere sig ved at bruge en proces kaldet granulær konvektion .

Granulær konvektion er en proces, hvor varme overføres gennem et granulært materiale ved bevægelse af dets partikler. Når et granulært materiale opvarmes, vil partiklerne i bunden af ​​beholderen blive varmere end partiklerne i toppen. Denne forskel i temperatur får partiklerne i bunden til at stige, mens partiklerne i toppen falder. Denne bevægelse af partikler skaber et konvektivt flow, der hjælper med at fordele varmen i hele materialet.

Forskerne fandt ud af, at granulær konvektion også kan hjælpe med at selvorganisere granulære materialer. Når et granulært materiale opvarmes, vil den konvektive strøm få partiklerne til at bevæge sig rundt og omarrangere sig selv. Denne omlægning kan føre til dannelse af buer og hvælvinger, som hjælper med at understøtte materialets vægt.

Forskernes resultater kan have vigtige konsekvenser for design af strukturer, der bruger granulære materialer. Ved at forstå, hvordan granulære materialer organiserer sig selv, kunne ingeniører designe strukturer, der er mere stabile og mindre tilbøjelige til at kollapse.

Hvordan granulære materialer kommer ud af en marmelade

Når et granulært materiale er indespærret, såsom i en silo eller en tragt, kan det sætte sig fast. Det sker, når partiklerne er så tæt pakket sammen, at de ikke længere kan bevæge sig. Jamming kan forårsage problemer i industrielle omgivelser, såsom når det forhindrer materialer i at flyde ud af en silo.

Forskerne fandt ud af, at granulær konvektion også kan hjælpe med at lindre jamming. Når et granulært materiale opvarmes, vil den konvektive strøm få partiklerne til at bevæge sig rundt og omarrangere sig selv. Denne omarrangering kan føre til dannelsen af ​​kanaler og veje, der tillader materialet at flyde.

Forskernes resultater kan have vigtige konsekvenser for designet af industrielt udstyr, der håndterer granulære materialer. Ved at forstå, hvordan granulerede materialer kommer ud af et stop, kunne ingeniører designe udstyr, der er mindre tilbøjelige til at sætte sig fast og mere effektivt.