Otrkiće nove porodice gravitacijskih nestabilnosti u zrnatim česticama različitih gustoća
Protok zrnatih materijala, kao što su pijesak i katalističke čestice koje se koriste u hemijskim reaktorima, omogućava širok spektar prirodnih fenomena, od klizišta do vulkana, kao i mnoštvo industrijskih procesa, od farmaceutske proizvodnje do hvatanja ugljika. Dok se kretanje i miješanje zrnatih materijala često čini slično tekućinama, kao što su pokretne pješčane dine, lavina i živi pijesak, fizika koja omogućava protok čestica nije lako razumljiva kao protok tekućine.
Nedavno otkriće otkriva i objašnjava gravitacijske nestebilnost u zrnatim česticama različitih gustoća, koje pokreće mehanizam za kanaliziranje gasa kojeg nema u tekućinama. Naučnici su posmatrali neočekivanu nestabilnost, u kojoj se laganije čestice uzdižu iznad težih čestica u obliku „prstiju“ ili „zrnatih mjehurića“. R-T nestabilnosti, koje nastaju interakcijom između dvije tekućine različitih gustoća koje se ne miješaju – ulje i voda, naprimjer, zato što lakša tekućina gura težu tekućinu, ne dešavaju se između dva suha zrnata materijala.
Studija koja je objavljena je prva koja dokazuje da se „mjehurići“ laganog pijeska formiraju i uzdižu kroz teži pjesak kada su dvije vrste pijeska izložene vertikalnim vibracijama i uzlaznom protoku plina, slično mjehurićima koji se prave i uzdižu u lava lampama. Tim je otkrio da se „mjehurići“ laganog pijeska uzdižu kroz teži pijesak (kao mjehurići zraka i ulja) iako se mogu miješati za razliku od mjehurića ulja i vode koji se ne miješaju.
Ovakvo otkriće je transformacijsko, pronalaženje analogije jedne od poslednjih velikih mehaničkih nestabilnosti tečnosti. Dok su analozi drugih velikih nestabilnosti otkriveni u zrnatim protocima zadnjih decenija, R-T nestabilnost ne može se direktno uporediti. Ovakva otkrića ne samo da mogu objasniti geološke transformacije i procese u mineralnim depozitima, nego se mogu upotrijebiti i u tehnologiji obrade praha u energiji, konstrukciji i farmaceutskim industrijama.
U eksperimentu korišteno je eksperimentalno i kompjutersko modelovanje, da pokažu da protok gasa kroz lagane čestice pokreće formiranje „prstiju“ i „mjehurića“. Kanaliziranje gasa se dešava jer skupina laganijih, većih čestica ima veću propusnost gasa od težih, malih čestica. Nestabilnost poput R-T u zrnatim materijalima pojavljuje se zbog suočavanja između sile povlačenja prema gore, koja se povećava na mjestu, kanaliziranjem gasa i kontaktom sa silama povlačenja prema dole, fizičkog mehanizma koji je u potpunosti drugačiji od onih u tekućinama Otkrili su da ovaj mehanizam kanaliziranja gasa također pravi druge gravitacijske nestabilnosti, uključujući kaskadno grananje padajuće granulirane kapljice. Dokazali su i da se R-T nestabilnost može pojaviti zbog raznih protoka plina i vibracija, stvarajući drugačije strukture pod različitim uslovima.
Ove nestabilnosti, koje se mogu primijeniti u različitim sistemima, pokazali su novu stranu granularne dinamike i pruža nove mogućnosti za šabloniranje zrnatih mješavina da se napravi novi proizvod. Ovo otkriće ima posebne utjecaje na geologiju – ove nestabilnosti mogu pomoći da razumijemo kako se strukture formiraju kroz dugu historiju i da se predvidi kako se druge mogu formirati u budućnosti.
m-Kvadrat
