En av de mest intressanta egenskaperna hos granulära material är deras förmåga att självorganisera. När ett granulärt material hälls i en behållare, kommer det så småningom att sätta sig i en stabil konfiguration. Denna konfiguration kännetecknas ofta av bildandet av valv och valv, som hjälper till att stödja materialets vikt.
Hur lyckas granulära material bilda dessa strukturer? En ny studie från forskare vid universitetet i Amsterdam ger viss insikt. Studien, som publicerades i tidskriften Nature Physics , visar att granulära material kan självorganisera sig genom att använda en process som kallas granulär konvektion .
Granulär konvektion är en process där värme överförs genom ett granulärt material genom rörelsen av dess partiklar. När ett granulärt material värms upp blir partiklarna i botten av behållaren varmare än partiklarna i toppen. Denna skillnad i temperatur gör att partiklarna i botten stiger, medan partiklarna i toppen faller. Denna rörelse av partiklar skapar ett konvektivt flöde som hjälper till att fördela värme genom materialet.
Forskarna fann att granulär konvektion också kan hjälpa till att självorganisera granulära material. När ett granulärt material värms upp kommer det konvektiva flödet att få partiklarna att flytta runt och ordna om sig själva. Denna omarrangering kan leda till bildandet av bågar och valv, som hjälper till att stödja materialets vikt.
Forskarnas resultat kan ha viktiga konsekvenser för utformningen av strukturer som använder granulära material. Genom att förstå hur granulära material självorganiserar sig kan ingenjörer designa strukturer som är mer stabila och mindre benägna att kollapsa.
När ett granulärt material är inneslutet, till exempel i en silo eller en tratt, kan det fastna. Detta händer när partiklarna är så tätt packade att de inte längre kan röra sig. Fastning kan orsaka problem i industriella miljöer, som när det hindrar material från att rinna ut ur en silo.
Forskarna fann att granulär konvektion också kan hjälpa till att lindra störningar. När ett granulärt material värms upp kommer det konvektiva flödet att få partiklarna att flytta runt och ordna om sig själva. Denna omarrangering kan leda till bildandet av kanaler och banor som tillåter materialet att flöda.
Forskarnas resultat kan få viktiga konsekvenser för designen av industriell utrustning som hanterar granulära material. Genom att förstå hur granulära material tar sig ur en trassel kan ingenjörer designa utrustning som är mindre sannolikt att fastna och som är mer effektiv.
