Forskare har för första gången fångat den komplexa dynamiken hos partikelrörelser i granulära material, hjälper till att förklara varför blandade nötter ofta ser de större paranötterna samlas på toppen. Fynden kan ha vital inverkan på industrier som kämpar med fenomenet, såsom läkemedel och gruvdrift.

Många människor kommer att ha erfarenheten av att doppa händerna i en påse med blandade nötter bara för att hitta paranötterna i toppen. Denna effekt kan också lätt observeras med spannmålslådor, med de större föremålen som stiger till toppen. Allmänt, detta fenomen med partiklar som segregerar genom sin storlek är känt som "Brasilien-nötseffekten" och har också enorma konsekvenser för industrier där ojämn blandning kan försämra produktkvaliteten kritiskt.

Nu, för första gången, forskare vid University of Manchester har använt tidsupplöst 3D-bilder för att visa hur paranötterna stiger uppåt genom en hög med nötter. Arbetet visar vikten av partikelform i avblandningsprocessen.

En vanlig svårighet med att undersöka granulära material är att följa vad som händer med partiklar på insidan av högen, som inte lätt kan ses. Denna nya forskning publicerad i tidskriften Vetenskapliga rapporter gör ett viktigt genombrott i vår förståelse genom att använda avancerade bildtekniker vid den nya nationella forskningsanläggningen för labbbaserad röntgendatortomografi (NXCT), baserad på Henry Royce Institute.

Regius professor Philip Withers sa:"I detta arbete, vi följde paranötternas och jordnötternas rörelse genom time-lapse-röntgenberäknad tomografi när förpackningen upprepade gånger blev upprörd. Detta gjorde det möjligt för oss att för första gången se processen genom vilken paranötterna rör sig förbi jordnötterna för att stiga till toppen."

Teamet fångade det unika bildexperimentet på video som visar den tidsmässiga utvecklingen av nötblandningen i 3D. Jordnötter ses sippra nedåt medan tre större paranötter ses stiga uppåt. Den första paranöten når de översta 10 % av bäddhöjden efter 70 klippcykler, med de andra två paranötterna som når denna höjd efter 150 skjuvcykler. De återstående paranötterna verkar fångade mot botten och reser sig inte uppåt.

Dr. Parmesh Gajjar, huvudförfattare till studien, tillägger:"Kritiskt, paranuts orientering är nyckeln till dess rörelse uppåt. Vi har funnit att paranötterna initialt börjar horisontellt men börjar inte stiga förrän de först har roterat tillräckligt mot den vertikala axeln. När man når ytan, de återgår sedan till en platt orientering.

"Vår studie belyser den viktiga roll som partikelform och orientering har vid segregering. Vidare, denna förmåga att spåra rörelsen i 3D kommer att bana väg för nya experimentella studier av segregerande blandningar och kommer att öppna dörren till ännu mer realistiska simuleringar och kraftfulla prediktiva modeller. Detta kommer att göra det möjligt för oss att bättre designa industriell utrustning för att minimera storlekssegregering vilket leder till mer enhetliga blandningar. Detta är avgörande för många branscher, till exempel säkerställa en jämn fördelning av aktiva ingredienser i medicinska tabletter, men också inom livsmedelsförädling, gruvdrift och konstruktion."