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
Какие бывают космонавты?
Какие бывают космонавты?
Чтобы стать космонавтом, необязательно летать в космос.
Что будет уметь человек в будущем?
Что будет уметь человек в будущем?
Главная мечта человечества — о долгой жизни без старости и болезней — становится реальностью.
Человек, который поставил планеты на место
Человек, который поставил планеты на место
Кто такой Кеплер и почему его открытия, сделанные 400 лет назад, стали научной сенсацией.