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违反物理定律工程师展示了沙子的泡沫

2021-07-09 来源:咸阳机械信息网

违反物理定律?工程师展示了沙子的泡沫

颗粒物质的移动,类似于化学反应器中使用的沙子和催化颗粒,除了从制药生产到碳捕获等广泛的工业过程外,还允许从泥石流到火山的各种纯现象。虽然颗粒物质的运动和混合通常表现出与液体的相似性,如在转移沙丘,雪崩和流沙时,颗粒流动的物理特性并不像液体流动那样容易理解。

现在,哥伦比亚工程公司化学工程助理教授克里斯博伊斯目前的发现解释了一个全新的重力不稳定粒状颗粒家族,它可以通过流体中没有的气体通道机制推动中国机械网okmao.com。与能源与工程科学教授ChristophMüller在苏黎世联邦理工学院的小组合作,博伊斯的工作人员注意到一种令人惊讶的瑞利 - 泰勒(RT)式不稳定性,其中较轻的颗粒通过“手指”和“颗粒状气泡”类型的较重颗粒上升。不稳定性,由两种完全不同密度的流体 - 例如油和水 - 的相互作用产生的 - 由于较轻的流体将较重的流体推开,在两个干燥的颗粒之间没有看到耗材。

立即在美国国家科学院院刊上发表的这项研究,首次证明了当两种沙子成为垂直振动和向上汽油运动的主题时,较轻砂型的“气泡”和较重的沙子上升。就像在熔岩灯中输入和升起的气泡一样。机组人员发现,由于空气和油气泡比水轻,而且不希望与水结合,因此空气和油气泡在水中上升,温和的沙子气泡通过较重的沙子上升,但两种沙子喜欢结合起来。

“我们认为我们的发现是变革性的,”博伊斯说道。“我们发现了最后一个主要流体机械不稳定性的粒状模拟。虽然近几十年来在粒状流中发现了其他主要不稳定性的类似物,但RT不稳定性已经无法直接比较。我们的研究结果不仅可以解释矿物沉积的地质构造和过程,还可以用于能源,建筑和制药行业的粉末加工技术。“

Boyce的小组使用实验和计算模型来表明通过较轻的颗粒引导汽油会触发手指和气泡模式的形成。汽油窜流是由于较轻,较大颗粒的团簇比较重的较小颗粒具有更好的汽油移动渗透性。颗粒供应中的类似RT的不稳定性起因于通过汽油通道和向下接触力在国内提升的向上阻力之间的竞争,该机构仅与液体中存在的完全不同的身体机制。

他们发现这种气体通道机制还会产生不同的重力不稳定性,以及下降的颗粒液滴的级联分支。他们还表明,在各种汽油运动和振动情况下都会发生类似RT的不稳定性,在完全不同的激励情况下形成完全不同的结构。

“这些不稳定性可以应用于各种系统,为粒状动力学提供了新的视角,并提出了在颗粒混合物中形成图案的新机会,以在制药行业形成新产品,例如,”Boyce提供。“我们对我们的研究结果对地质科学的潜在影响感到特别兴奋 - 这些不稳定性可以帮助我们了解结构在地球的漫长历史中是如何形成的,并预测未来其他人将如何形成。”

博伊斯正在研究沙粒中不同的液体状和结构现象并量化它们的行为。他可以与地质学家和火山学家进行对话,以进一步了解这个过程和相关过程如何在纯净的世界中发生。

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