Новости

Инженеры сформировали пузырьки из песка

Поведение сыпучего вещества часто демонстрирует поразительное сходство с движением жидкости, как в песчаных дюнах, лавинах и зыбучих песках. Исследование специалистов Колумбийской школы инженерных и прикладных наук и Швейцарской высшей технической школы Цюриха помогло определить новое семейство гравитационных неустойчивостей в гранулированных частицах различной плотности.

С помощью каналообразующего газового механизма специалисты наблюдали неожиданную нестабильность, похожую на неустойчивость Рэлея — Тейлора, когда более лёгкие гранулы поднимаются сквозь более тяжёлые в форме «зернистых пузырьков». Учёные использовали экспериментальное и компьютерное моделирование, чтобы показать, что газ, проходящий через более лёгкие частицы, запускает образование пузырьков. Это происходит потому, что кластеры из более лёгких и крупных частиц имеют более высокую проницаемость для потока газа, чем более тяжёлые и мелкие гранулы. Неустойчивость Рэлея — Тейлора в гранулированных материалах возникает из-за конкуренции между силой сопротивления при движении вверх, увеличенной локально за счёт газового каналирования, и силами движения вниз, что отличается от процесса, который встречается в жидкостях.

Исследование впервые продемонстрировало, что пузырьки из более лёгкого песка образуются и поднимаются сквозь тяжёлые песчинки, когда два типа песка подвергаются воздействию вертикальной вибрации и восходящего потока газа, аналогично пузырькам, которые образуются и поднимаются в лавовых лампах. Исследователи обнаружили, что пузырьки лёгкого песка поднимаются в более тяжёлом песке, даже если два типа песка стремятся смешаться. Это происходит подобно тому, как пузырьки воздуха и масла поднимаются в воде, потому что они легче. Результаты работы могут не только объяснить геологические формации и процессы, лежащие в основе месторождений полезных ископаемых, но также могут быть использованы в технологиях обработки порошковых веществ в энергетике, строительстве и фармацевтике.

Фото: Alex Penn/ETH Zurich

Читайте также
Иван Семенов: «Любой вопрос науки нужно уметь объяснить так, чтобы понял шестиклассник»
Иван Семенов: «Любой вопрос науки нужно уметь объяснить так, чтобы понял шестиклассник»
Читайте интервью с научным редактором канала «Наука» Иваном Семеновым
«Пацан», «шаромыжник» и другие: какие бывают авторы научных журналов
«Пацан», «шаромыжник» и другие: какие бывают авторы научных журналов
«Чудак. Убежден, что у Чингисхана есть имя с отчеством: Георгий Данилович».
Алексей Егоров: «Наш мозг не любит случайностей и ищет связи там, где их нет»
Алексей Егоров: «Наш мозг не любит случайностей и ищет связи там, где их нет»
Каждый фильм на «Науке» — это челлендж для нас, рассказал ведущий канала Алексей Егоров.