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

Coatings Today
23.08.2018 269

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

Подогреватель нагревает краску равномерно и без эффекта выгорания
Подогреватель нагревает краску равномерно и без эффекта выгорания
Линейка подогревателей Magma 500 от компании Sames Kremlin работает с давлением до 500 бар (7250…
Coatings Today
16.10.2019
290
Вспучивающееся огнезащитное покрытие для стали
Вспучивающееся огнезащитное покрытие для стали
Ученые сообщают о разработке вспучивающихся огнезащитных покрытий с использованием эпоксидной, алкидной, акриловой, силиконовой и гибридной…
Coatings Today
07.01.2021
168
Новинки «Электроприбора» 2018
Новинки «Электроприбора» 2018
Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» представил новые бесплатформенные инерциальные навигационные системы (БИНС) на волоконно-оптических гироскопах семейства «Бемоль».…
Coatings Today
11.11.2018
378
УФ-отверждаемое покрытие на основе акрилированного эпоксидированного соевого масла
УФ-отверждаемое покрытие на основе акрилированного эпоксидированного соевого масла
В рамках нового исследования был синтезирован ряд высокофункциональных акрилатов, содержащих триазиновое кольцо и длинные цепочки…
Coatings Today
15.10.2019
304
Инженеры исследуют новые формы для более длинных мостов
Инженеры исследуют новые формы для более длинных мостов
Исследователи из Университета Шеффилда, работающие в сотрудничестве с командой из Университета Брунеля в Лондоне, недавно…
Coatings Today
04.10.2018
277
Продление срока годности томатов благодаря съедобному покрытию
Продление срока годности томатов благодаря съедобному покрытию
Ученые представили способ продления срока годности томатов с помощью съедобного покрытия из конъюгатов камеди горького…
12.10.2022
46
5 направлений аддитивного производства на 2020 год
5 направлений аддитивного производства на 2020 год
В 2019 году мы увидели множество новых применений 3D-печати. Чего же ожидать промышленности в 2020…
Coatings Today
21.01.2020
562
Обзор: универсальное противовирусное решение для защиты поверхностей от COVID-19
Обзор: универсальное противовирусное решение для защиты поверхностей от COVID-19
Отмечается мировой спрос на противовирусные покрытия для ежедневно используемых поверхностей. В новом обзоре представлены основные…
22.02.2022
137
Супергидрофобный материал для разделения нефти и воды
Супергидрофобный материал для разделения нефти и воды
Согласно недавно опубликованному исследованию, ученые разработали супергидрофобный хлопковый материал путем обработки наночастиц кремнезема и последующей…
Coatings Today
08.09.2019
270