Новое исследование находит «порядок среди хаоса» при смешивании гранулированного материала

Coatings Today
23.08.2018 326

Смешивать жидкости легко или, по крайней мере, понятно с научной точки зрения: капля пищевого красителя, в конечном итоге, смешивается с водой в стакане путём диффузии, в то время как порцию сливок можно смешать с кофе с помощью ложки путём, так называемого, турбулентного перемешивания.

Но что насчёт материалов, которые обладают свойствами как жидкостей, так и твердых веществ, таких как бетон, краска и песок? Называемые ‘материалами нижнего предела текучести’, эти смеси обладают текучестью жидкости и при этом могут оставаться неподвижными подобно твердым веществам. Понимание того, как эти материалы смешиваются, имеет огромное значение для таких отраслей, как фармацевтика или производство бетона, но в настоящее время мало известно о том, как их лучше смешивать.

Исследователи из школы инженеров и прикладных наук Северо-Западного университета обнаружили, что смешивание ‘материалов нижнего предела текучести’ создает как смешиваемые, так и несмешиваемые области, что является фундаментальным первым шагом в понимании того, как разрабатывать протоколы смешивания. В качестве соавторов исследования выступили Хулио Оттино, Пол Умбанхоар и Ричард Льюптоу.

«Теоретические база потока зернистой материи все еще очень мала», – сказал Оттино, профессор химической и биологической технологии. «Мы обнаружили удивительное сохранение порядка среди хаоса».

Исследователи поставили перед собой вопрос: как гранулированный материал можно смешивать в базовой системе: сферическом стакане. Будет ли материал смешаться, как твердый, методом «резания и перетасовки», подобно колоде карт? Или же он будет смешиваться как вязкая жидкость, вроде меда, посредством процесса «растяжения и складывания»?

Чтобы выяснить это, исследователи наполовину наполнили сферический стакан стеклянными шариками размером 2 мм (используемые в качестве наполнителя при проведении экспериментов). При вращении, они обнаружили, что верхний слой гранул течет, как жидкость, вниз к нижней части сферы, в то время как другие гранулы остаются на месте, как твердое тело.

Затем исследователи попытались смешать шарики, вращая ёмкость вдоль разных осей. Чтобы отследить, насколько хорошо смешиваются гранулы, они поместили частицу-трекер (трассирующую частицу для визуализации течения) размером 4 мм среди гранул и повторяли вращения снова и снова, иногда до 500 раз, при этом делая рентгеновские снимки, которые отображали местонахождение трассирующей частицы.

Несмотря на несколько разных ротационных протоколов, исследование показало, что неизбежно были такие области, которые смешивались, и области, не поддающиеся смешиванию. Это было вызвано взаимодействием между двумя способами смешивания: ‘резанием и перетасовкой’ и ‘растяжением и складыванием’.

«Мы ожидали хаотичности и беспорядочности, но наши результаты показали обратное», – сказал Оттино.

Исследователи надеются провести дальнейшие исследования, чтобы показать, как эту информацию можно применять для разных материалов. «Наше исследование предоставило нам совершенно новый инструмент для понимания того, что смешивается, а что не смешивается», – говорит Умбанхоар. «Эти результаты могут, в конечном счете, использоваться в качестве инструмента разработки».

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Итоги выставки ExpoCoating Moscow 2019
Итоги выставки ExpoCoating Moscow 2019
С 22 по 24 октября 2019 года в Москве, в МВЦ «Крокус Экспо» прошла 17-я Международная…
Coatings Today
01.11.2019
429
Экологически чистые продукты для удаления окалины от сварки и лазерной резки
Экологически чистые продукты для удаления окалины от сварки и лазерной резки
Компания Atotech представляет UniPrep® AC, линейку экологически чистых продуктов для удаления окалины от сварки и…
Coatings Today
01.07.2020
339
Беспилотный пассажирский самолет от Boeing выполнил первый полет
Беспилотный пассажирский самолет от Boeing выполнил первый полет
Компания Boeing объявила об успешном проведении первого испытательного полета прототипа своего беспилотного пассажирского самолета в…
Coatings Today
23.04.2019
457
Способ снижения коррозионного воздействия расплава соли
Способ снижения коррозионного воздействия расплава соли
Как подробно описано в журнале Frontiers of Chemical Engineering, эксперимент включал использование тионилхлорида для удаления…
10.11.2022
172
Новая камера для косилок на Чемпионате мира по футболу ФИФА 2018 в России
Новая камера для косилок на Чемпионате мира по футболу ФИФА 2018 в России
Камера для пескоструйной очистки обеспечивает идеальное качество финишной обработки. Изготовитель двух самых знаковых брендов оборудования…
Coatings Today
19.04.2018
305
Себестоимость сырья – важная составляющая производства ЛКМ
Себестоимость сырья – важная составляющая производства ЛКМ
В рамках деловой программы международной специализированной выставки лакокрасочных материалов и покрытий, сырья, оборудования и технологий…
03.03.2022
556
Первый высокоскоростной поезд в Америке
Первый высокоскоростной поезд в Америке
Планы по разработке нового высокоскоростного поезда, стоимостью от 12 до 15 миллиардов долларов, который соединит…
Coatings Today
02.11.2018
442
Компактные энергосберегающие экструдеры от нового производителя
Компактные энергосберегающие экструдеры от нового производителя
Научно-исследовательская и опытно-конструкторская фирма Omachron Plastics Inc. (Понтипул, Онтарио) выпустила свое первое серийное экструзионное оборудование,…
Coatings Today
28.02.2019
349
Защита от коррозии на основе моллюсков
Защита от коррозии на основе моллюсков
Описывается получение сверхгидрофобных нанолистов из слюды для придания эпоксидным покрытиям противокоррозионных свойств и способности к…
24.04.2023
119