化学用途で使用される砂や触媒粒子などのバルク材料の流れの動き
化学准教授のクリス・ボイス氏による最近の発見。コロンビア大学で工学の博士号を取得した博士は、ガスによって駆動されるさまざまな密度の粒状粒子における重力不安定性の新しいファミリーの性質を説明しています。同様のプロセスは液体では起こりません。チューリッヒ工科大学のエネルギー工学教授クリストフ・ミュラーのグループと協力して、ボイス氏のチームは、軽い粒子が「フィンガー」や「粒子の泡」の形で重い粒子を通って上昇する、予期せぬレイリー・テイラーのような不安定性を発見した。レイリー・テイラー不安定性は、混合しない密度の異なる 2 つの液体 (油と水など) の相互作用によって生じます。これは、軽い液体が重い液体を反発するためです。これは、2 つの乾燥粒状材料間ではこれまでに一度も見られたことがありません。
ボイス氏の研究は、「バブル」が存在することを初めて示した。両方の種類の砂が垂直振動と上向きのガスの流れにさらされる限り、軽い砂から重い砂まで上昇する可能性があります。科学者らは、空気と油の泡は水より軽いので水と混ざりたくないために水中で上昇するのと同じように、たとえ 2 種類の砂を徹底的に混ぜようとしても、軽い砂からの泡は重い砂を通過することを発見しました。
「私たちの発見が変革をもたらすと信じています」科学です」とボイス氏は指摘する。 「私たちは、液体の機械的不安定性の「粒状の」類似物を発見しました。 「我々の結果は、地層や鉱床形成の根底にあるプロセスを説明できるだけでなく、エネルギー、建設、製薬産業における粉末処理技術にも利用できます。」
研究者らはまた、ガスが砂に作用する流れは、下向きの粒状液滴のカスケード分岐など、他の重力不安定性も引き起こします。彼らはまた、不安定性としてのレイリー・テイラー不安定性が、広範囲のガス流量および振動条件にわたって発生し、異なる励起条件下では異なる構造を形成することも示した。
「適用できるこれらの不安定性異なるシステムに対して、粒状環境のダイナミクスに光を当て、製薬業界で新製品を形成するために粒状混合物内にパターンを形成する新しい可能性を提供します」とBeuysは付け加えます。 「私達は私達の調査結果が地質科学に与える潜在的な影響に特に興奮しています - これらの不安定性は私達が地球の長い歴史の間にどのように惑星の構造が形成したかを理解するのを助けます