Фізики виявили, що гранули піску ведуть себе як рідини різної щільності при змішуванні - пузиряться і спливають

Рух у потоці сипучих матеріалів, таких як пісок і каталітичні частинки, що використовуються в хімічній

реакторів, лежать в основі широкого спектру природних явищ — відЦей же механізм використовується і в промислових процесах, відРух і змішування сипучих речовин часто демонструються переміщенням і змішуванням сипучих речовинразюча схожість з рідинами, як це відбувається в рухомих піщаних дюнах, лавинах і сипучих пісках.У той же час фізика, що стоїть за такими пухкими потоками, не так добре вивчена, як течії рідини.

Нещодавнє відкриття Кріса Бойса, доцента хімічноїінженерії в Колумбійському університеті, пояснює природу нового сімейства гравітаційних нестійкостей у гранульованих частках різної густини, що наводяться в дію газом. Подібні процеси не відбуваються у рідинах. У співпраці з групою професора в галузі енергетики та інженерних наук Крістофа Мюллера зі Швейцарської вищої технічної школи Цюріха команда Бойса відкрила несподівану нестабільність, подібну до Релея-Тейлора, коли легші зерна піднімаються через більш важкі зерна у вигляді «пальців» і «. Нестабільність Релея-Тейлора виникає в результаті взаємодії двох рідин різної щільності, які не змішуються - наприклад, олії та води, тому що легша рідина відштовхує важчу. Між двома сухими гранульованими матеріалами такого раніше не спостерігалося

Дослідження Бойса вперше показало, що «міхур»з легкого піску може піднятися через важкий пісок, за умови що обидва типи піску схильні до вертикальної вібрації і впливу висхідного потоку газу. Вчені виявили, що так само, як піднімаються повітряні та масляні бульбашки у воді, тому що вони легші за воду і не хочуть змішуватися з нею, бульбашки легкого піску проходять через важкий пісок, навіть якщо два типи піску ретельно спробувати перемішати.

«Ми вважаємо, що наше відкриття трансформуєнауку», - зазначає Бойс. «Ми знайшли “гранульований” аналог рідинних механічних нестабільностей. Наші результати можуть не лише пояснити геологічні утворення та процеси, що лежать в основі формування родовищ корисних копалин, але також можуть бути використані у технології порошкової обробки в енергетиці, будівництві та фармацевтичній промисловості».

Дослідники також виявили, що газовийпотік, що впливає на пісок, також створює інші гравітаційні нестійкості, у тому числі каскадне розгалуження гранульованої низхідної краплі. Вони також показали, що нестабільність Релея-Тейлора як нестійкість має місце у широкому діапазоні витрати газу та умов вібрації, утворюючи різні структури за різних умов збудження.

«Ці нестійкості, які можуть бути застосованідо різних систем, проливають світло на динаміку гранульованої середовища і пропонують нові можливості для формування малюнка в межах гранульованих сумішей для формування нових продуктів у фармацевтичній промисловості », - додає Бойс. «Ми особливо раді про потенційний вплив наших висновків про геологічних науках - ці нестійкості допоможуть нам зрозуміти, як утворилася структура планети за довгу історію Землі, і передбачити, як будуть формуватися інші в майбутньому».