Как ведут себя пески и другие сыпучие материалы

Новая модель предсказывает характер течения песков и других гранулированных материалов.

Песок в песочных часах может показаться слишком простым, но подобные гранулированные материалы обычно достаточно сложны для моделирования. Издалека потоки песка напоминают жидкость, текущую в центре песочных часов как вода из крана. Однако вблизи можно разобрать отдельные крупинки, которые скользят друг мимо друга, формируя на основании насыпь, которая держит форму.

Любопытное поведение песка — частично жидкости, частично твердого тела — мешало ученым прогнозировать его поведение, а также поведение других гранулированных материалов, текущих в различных условиях. Точная модель гранулированного потока особенно полезна в оптимизации процессов, таких как фармацевтическое производство и производство зерна, где крошечные крупинки текут по промышленным скатам и бункерам в огромном количестве. Если управление потоками производится недостаточно хорошо, они способны вызвать заторы, которые дорого, а иногда и весьма опасно чистить.

И вот теперь Кен Кармин из отделения машиностроения Массачусетского технологического университета разработал модель, которая прогнозирует потоки гранулированных материалов во множестве условий. Модель совершенствует существующие модели, принимая во внимание один важный фактор: как размер крупиц влияет на весь поток. Кармин использовал новую модель, чтобы предсказать потоки песка в нескольких формах, включая скат и круглое корыто, и установил, что прогноз практически полностью совпадает с фактическими результатами.

Исследование опубликовано в издании Physical Review Letters.

06.04.2012