Maišant granuliuotą medžiagą, tvarkykite tarp sutrikimų

VAPE_VLOG #3 | DEBESŲ LYGA (Birželis 2019).

Anonim

Skysčių maišymas yra lengvas arba bent jau moksliškai suprantamas: maisto spalvos lašas galų gale sumaišomas su puodeliu vandens per difuziją, o grietinėlės lazdele galima sumaišyti į kavą su šaukštu per vadinamąjį drumstų maišymą.

Bet kas, jei ši medžiaga turi tiek skysčių, tiek kietų medžiagų savybes, tai yra tokios medžiagos kaip betonas, dažai ir smėlis? Jie vadinami įtempių įtempio medžiagomis, šie mišiniai gali tekėti kaip skysčiai ir vis dar išlieka panašūs į kietąsias medžiagas.

Suprasti, kaip šių medžiagų derinys daro įtaką tokiose pramonės šakose kaip farmacijos ir betono gamyba, tačiau vis dar žinoma apie tai, kaip geriausiai juos sumaišyti.

" Nature Communications" naujame straipsnyje "Northwestern Engineering" dėstytojai mano, kad maišymo įtempių teršalų medžiagos sukuria tiek mišrius, tiek ir nesusijusius regionus, nes tai pagrindinis pradžia suprasti, kaip geriausiai suplanuoti maišymo protokolus. Julio M. Ottino, Paul Umbanhowar ir Richard Lueptow tarnavo kaip popieriniai bendraautoriai.

"Teoriniai granulių srauto pagrindai vis dar yra labai neišsamūs", - sakė Ottino, Walterio P. Murphy, chemijos ir biologinės inžinerijos profesorius. "Mes radome neįtikėtiną tvarkos tęstinumą chaoso sąlygomis".

Kilo klausimas, ar gerai sumaišytos granuliuotos medžiagos bazinėje sistemoje: sferinis maišelis. Ar medžiaga sumaišoma kaip kieta, naudojant "pjovimo ir perkėlimo" metodą, panašų į kortų denį? Ar galėtumėte jį sumaišyti kaip klampųjį skysčio, panašų į medų, "ištempimo ir sulankstymo" modeliu?

Norėdami išbandyti šią idėją, mokslininkai pusiau užpildė sferinį maišelį su 2 milimetrų stiklo karoliukais. Kai sukasi, viršutinis granulių sluoksnis tekėjo kaip skystis žemyn iki sferos apačios, o kiti karoliukai išliko vietoje, kaip tvirtas.

Tačiau mokslininkai sumaišo karoliukus, sukdami maišelį kartu skirtingomis ašimis. Kad būtų galima stebėti, kaip gerai maišytos granulės, jie įdėdavo 4 mm matricos dalelę į vidų, o paskui kartojo rotacijas, kartais net iki 500 kartų, ir ėmėsi rentgeno spindulių vaizdus, ​​kad pamatytų, kur buvo bandomoji dalelė.

Nepaisant bandymo keletą skirtingų rotacinių protokolų, mokslininkai nustatė, kad neišvengiamai buvo maišomi regionai ir susimaišę regionai. Tai buvo dviejų maišymo metodų, pjovimo ir perkėlimo bei ištempimo ir sulankstymo sąveikos rezultatas.

"Nors ši medžiaga dažnai juda pleištuose tokiu pjovimo ir perkėlimo būdu, visi šie pleištai yra judėti kartu", sakė Umbanhowar, mokslinių tyrimų profesorius mechanikos inžinerijos. "Yra regionų, kurie niekada nesusiję".

Šios sąvokos supratimas gali paskatinti įžvalgas įdomiose ir netikėtose vietose, pvz., Ispanijos Kalėdų loterijoje, kurioje 100 000 mažų medinių kamuoliukų su unikaliais bilietų numeriais buvo sugadinti vienoje srityje, o kitoje - 1 807 kamuoliai, pažymėti premijomis. Piešimo metu iš kiekvienos srities ištraukiami vienas prizinis rutulys ir vienas atitinkamas bilieto numeris, kol prizinio rutulio rutulys tuščias. Bet jei maišelyje yra susimaišiusių regionų ir regionų, kurių nėra, pirmoji vieta kamuolys trinkelėje tampa neproporcingu veiksniu, ar jis bus pasirinktas.

"Yra tikimybė atsitiktinumo, bet mūsų rezultatai rodo, kad taip nėra", - sakė Ottino.

Mokslininkai tikisi atlikti ateities tyrimus, kurie parodys, kaip šią informaciją galima pritaikyti įvairioms medžiagoms.

"Tai suteikia mums visiškai naują priemonę, skirtą suprasti, kokius mišinius ir kas nesiderina", - sakė Umbanhoaras. "Šie rezultatai galiausiai gali būti naudojami kaip dizaino įrankis."

menu
menu