Ученые не могут понять, является ли песок твёрдым телом, жидкостью или газом?
Сыпучие материалы находят самое широкое применение, уступая в этом плане только воде — но при этом нам не так много о них известно.
От песка и гравия до используемой в пищу муки — таковы примеры сыпучих материалов. Но, несмотря на такую распространённость, мы плохо понимаем законы, управляющие их движением.
Возьмём, например, песок. Он реагирует как твёрдое тело, когда мы на нём стоим, и вполне способен выдержать наш вес. Однако, если поместить его в песочные часы, он будет течь через отверстие, словно жидкость.
Разместим эти же частицы в воздухе, и они будут вести себя как газ. Так что же это? Как нам классифицировать гранулированные частицы?
По мнению Кена Камрина, профессора инжиниринга в Массачусетском технологическом институте, песок является всем одновременно.
«Думаю, чтобы лучше понять гранулированные среды, надо думать о них как можно шире и выработать модели, в которых они рассматриваются как твёрдая, жидкая или газообразная субстанция», — говорит Камрин.
Так как гранулированные материалы демонстрирую одновременно свойства и твёрдого вещества, и газа, трудно определить, как эти материалы буду реагировать или течь в разных условиях. Базовая модель поможет нам предсказать, как песок отреагирует на различные условия, и такие сведения могут быть использованы в разных производственных процессах.
При наличии оперативно доступных данных фармацевтические компании и другие производители, постоянно имеющие дело с сыпучими материалами, смогут конструировать оборудование, обеспечивающее равномерное течение при отсутствии закупорок.
Предложенная профессором Камрином модель более точна и надёжна, чем прежние. Она способна точнее предсказать свойства потока, потому что в ней учитывается критичный для определения параметров потока фактор — размер частиц.
Когда новую модель применили к условному потоку, предсказанный результат точно совпал с наблюдаемым.
«Основные уравнения, описывающие поток воды, известны уже более столетия, — говорит Камрин, — но для песка подобных уравнений не существовало».
Камрин утверждает, что течение воды легко предсказать потому, что размеры молекул одинаковы. Но среди песчинок могут попадаться весьма крупные, и они будут препятсвовать течению, взаимодействуя с соседними слоями.
Новая модель поведения сыпучих материалов наиболее точна из всех существующих. Она окажет существенную помощь в создании оборудования, работающего с такими материалами.
29.05.2018 16:21
