Kui segunevad granulaarsed ained, järjekord häire all

LÜHIFILM Eksamifeil (Juuli 2019).

Anonim

Vedelike segamine on lihtne või vähemalt teaduslikult arusaadav: tilgu toiduvärv segatakse lõpuks vett tassi läbi difusiooni ja kooki nukk võib kohvisse segada lusikaga, mida nimetatakse turbulentsiks segamiseks.

Aga mis siis, kui materjalil on nii vedelate kui tahkete omaduste omadused, mis on selliste materjalide puhul nagu betoon, värv ja liiv? Nimetatud saagikust mõjutavad materjalid, võivad need segud voolata nagu vedelikud ja jääda tahketeks aineteks.

Mõistes, kuidas nende materjalide segu mõjutab selliseid tööstusharusid nagu ravimid ja betooni tootmine, on endiselt teada, kuidas neid kõige paremini segada.

Loodusteadmete uues raamatus leiavad Loode-Eesti tehnikakooli professorid, et saagikustestist tekitavate materjalide segamine loob nii segatud kui ka segamata piirkonnad, mis annab alustalade mõistmise, kuidas kõige paremini koostada segamisprotokolle. Julio M. Ottino, Paul Umbanhowar ja Richard Lueptow olid paberil kaasautorid.

"Granuleeritud aine voolu teoreetilised alused on endiselt väga mittetäielikud, " ütles Ottino, Walter P. Murphy keemia- ja bioloogilise tehnika professor. "Me leidsime märkimisväärse järjekindluse järjekorda kaos."

Küsimus oli, kui hästi põhisüsteemis võiks segada granuleeritud materjali: sfääriline trummel. Kas materjal sobiks tahkeks, kasutades "kaartidega" sarnase "lõikamis- ja ümberpaigutamise" meetodit? Või kas see segatakse viskoosse vedelikuna, nagu mee, venitus- ja kokkuklapitavad musteriga?

Selle idee testimiseks tegi teadlane poolpikkuses kerakujulise trumlisse 2 millimeetrise suurusega klaashelmeid. Pöörlemise korral voolas helmeste ülemine kiht vedelikku allapoole kera põhja, samas kui teised helmed jäid paigale, nagu tahke.

Kuid teadlased segasid helmeid, keerates trumlit mööda erinevaid telgi. Selleks, et jälgida, kui hästi graanulehed segunevad, panid nad 4 mm jäljendusosakesi sisse ja seejärel jooksid vaheldumisi ja vahepeal, mõnikord kuni 500 korda, ning võttis kera röntgenpildid, et näha, kus märgistusterakk lõppes.

Vaatamata mitmete erinevate pöörlemisprotokollide proovile jõudmisele, leidsid teadlased, et segaduses olevad piirkonnad ja piirkonnad on paratamatult segunenud. See oli kahe segamismeetodi, lõikamise ja segamise ja venitamise ja voltimise vastasmõju tulemus.

"Isegi kui materjal liigub sageli kiiludesse sellises lõikamisjärgus, siis kõik need kiilud liiguvad koos, " ütles Umbanhowar, masinaehituse teadusuuringute professor. "On piirkondi, mis kunagi ei sega."

Selle kontseptsiooni mõistmine võib tuua ülevaadet huvitavatest ja ootamatutest kohtadest, näiteks Hispaania Jõulutšekkidest, kus ühes valdkonnas on kukkunud 100 000 väikest puidust palli, millel on ainulaadsed pileti numbrid, samal ajal kui teises auhinnaga märgistatud 1807 palli. Joonisel tõmmatakse üks auhinnapall ja üks vastav pileti number igast sfäärist välja, kuni auhinnakomplekt on tühi. Kuid kui trummel sisaldab segusse kuuluvaid piirkondi ja piirkondi, mida pole, siis palli esialgne paigutus trumlis muutub valimatuks teguriks, kas see valitakse.

"Ootuses on juhuslikkus, kuid meie tulemused näitavad, et see nii ei ole, " ütles Ottino.

Teadlased loodavad teha tulevasi uuringuid, et näidata, kuidas seda teavet saab erinevate materjalide abil rakendada.

"See annab meile täiesti uue vahendi, et mõista, milliseid segusid ja mis ei sega, " ütles Umbanhowar. "Neid tulemusi saab lõpuks kasutada disainivahendina."

menu
menu