Inom fysiken, termisk konvektion av en vätska uppvisas av utseendet på geometriska strukturer genom vilka vätskan rör sig, bilda slutna kretsar. Detta fenomen är av avgörande betydelse för många industriella tillämpningar där en vätska är närvarande. Bénard konvektion är ett av de mest studerade problemen inom vätskedynamik. Nu, ett team av forskare från University of Extremadura och Sapienza University of Rome har hittat en ny typ av konvektion som uppträder i en granulerad vätska och som hittills inte har upptäckts i traditionella vätskor (vätskor, gaser, etc.). Den experimentella utvecklingen och resultaten har publicerats i Fysiska granskningsbrev .
Granulära medier bildas av makroskopiska fasta partiklar som mäter mer än 1 mikrometer (μm) som, på grund av agitation eller injektion av energi, interagera och kollidera med varandra, beter sig som en gas eller en vätska. I detta specifika medium, forskarna har bestämt de förhållanden som systematiskt producerar termisk konvektion i en granulär gas via gravitation och fluidiseras av en vibrerande bas. Den resulterande konvektionen skiljer sig från traditionell konvektion i vätskor, som det produceras av inerta väggar. Fastigheterna är olika, för, eftersom endast två konvektionsceller bildas (en per inert vägg) som, i experimentet som designats av författarna, finns på systemets sidoväggar. På grund av detta, dessa forskare har kallat det "sidoväggs termisk konvektion".
"Tills nu, inget liknande experiment hade hittat nyckeln, eller orsaken bakom denna konvektion. Vi insåg att de små sfärerna i experimentlådan svalnade när de kolliderade oelastiskt mot sidoväggen. Det är just denna temperaturskillnad mellan den heta zonen och de två kallare väggarna, tillsammans med tyngdkraften, som är ansvarig för denna nya typ av granulerad konvektion, "förklarar Francisco Vega Reyes, en teoretisk fysiker vid University of Extremadura och medlem av Advanced Scientific Computation Institute. Detta sker oavsett temperatur, även om ju mer sidoväggen absorberar värmen, desto mer intensiv blir konvektionen.
"Detta är en konvektion som orsakas av vinkelräta lutningar, "säger Vega. Två lutningar, parallellt och vertikalt - gravitationen och värmekällan vid basen - och en horisontell lutning, består av skillnaden i energi som härrör från de oelastiska kollisionerna mot sidoväggen.
Dessa granulära dynamik erbjuder många tillämpningar inom flygindustrin, till exempel för att öka effektiviteten hos robotarnas rörelse i svaga gravitationsfält och i de där fluidiseringsegenskaperna hos det sandiga mediet som de rör sig beaktas. Dessutom, "om vi kontrollerar konvektionsförhållandena, vi kan förbättra blandnings- och omrörningsprocessen för granulära materialkomponenter som farmaceutiska föreningar, "tillägger Vega.
Forskarna arbetar för närvarande med teoretiska modeller för att reproducera denna typ av konvektion i vätskor, ur teknisk synvinkel, detta fenomen kan ha en tillämpning inom vätskemekanik.
