เมื่อผสมกับเม็ดละเอียด

Anonim

การผสมของเหลวเป็นเรื่องง่ายหรืออย่างน้อยที่สุดทางวิทยาศาสตร์เข้าใจ: การลดลงของสีผสมอาหารในที่สุดจะถูกผสมลงในถ้วยน้ำที่ผ่านการแพร่กระจายและ dollop ของครีมสามารถผสมลงในกาแฟกับช้อนผ่านสิ่งที่เรียกว่าผสมปั่นป่วน

แต่ถ้าวัสดุมีคุณสมบัติของทั้งของเหลวและของแข็งซึ่งเป็นกรณีสำหรับวัสดุเช่นคอนกรีตสีและทราย? เรียกว่าวัสดุความเค้นผลผลิตเหล่านี้ผสมทั้งสามารถไหลเช่นของเหลวและยังคงเหมือนของแข็ง

การทำความเข้าใจว่าการผสมวัสดุเหล่านี้มีผลต่ออุตสาหกรรมเช่นยาและการผลิตคอนกรีตอย่างไร แต่ยังไม่ค่อยมีใครทราบเกี่ยวกับวิธีการผสมผสานที่ดีที่สุด

ในเอกสารฉบับใหม่ของ Nature Communications ศาสตราจารย์ด้าน Northwestern Engineering พบว่าวัสดุความเค้นที่ให้ผลผลิตผสมก่อให้เกิดพื้นที่ทั้งแบบผสมและแบบผสมซึ่งถือเป็นจุดเริ่มต้นขั้นพื้นฐานเพื่อทำความเข้าใจวิธีการออกแบบโปรโตคอลผสมที่ดีที่สุด Julio M. Ottino, Paul Umbanhowar และ Richard Lueptow ทำหน้าที่เป็นผู้ร่วมเขียนหนังสือ

Ottino, Walter P. Murphy ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีและชีวภาพกล่าวว่า "รากฐานทางทฤษฎีของการไหลของสารชนิดเม็ดยังคงไม่สมบูรณ์มากนัก "เราพบความคงอยู่ที่โดดเด่นของคำสั่งท่ามกลางความสับสนวุ่นวาย."

คำถามคือว่าวัสดุเม็ดเล็กสามารถผสมในระบบพื้นฐานได้อย่างไร: แก้วทรงกลม การผสมวัสดุเช่นของแข็งจะผ่านวิธีการ "ตัดและสับเปลี่ยน" คล้ายกับดาดฟ้าหรือไม่? หรือจะผสมกันเช่นของเหลวหนืดเช่นน้ำผึ้งผ่านรูปแบบ "ยืดและพับ" หรือไม่?

เพื่อทดสอบความคิดนี้นักวิจัยครึ่งเติมแก้วทรงกลมที่มีเม็ดแก้วขนาด 2 มิลลิเมตร เมื่อหมุนไปชั้นบนของลูกปัดก็ไหลเหมือนของเหลวลงไปที่ด้านล่างของทรงกลมในขณะที่ลูกปัดอื่น ๆ ยังคงอยู่ในตำแหน่งเช่นของแข็ง

แต่นักวิจัยผสมลูกปัดด้วยการหมุนเกลือกกลิ้งไปตามแกนต่างๆ เพื่อติดตามว่าลูกปัดผสมกันอย่างไรพวกเขาวางอนุภาคขนาด 4 มิลลิเมตรไว้ด้านในและวิ่งวนไปเรื่อย ๆ จนบางครั้งถึง 500 ครั้งและเอาภาพเอ็กซ์เรย์ของรูปทรงกลมเพื่อดูว่ามีอนุภาคในการตรวจจับอยู่ที่ไหน

แม้จะมีการทดลองโปรโตคอลการหมุนเวียนต่างๆนักวิจัยก็พบว่ามีพื้นที่ที่ผสมกันและภูมิภาคที่ไม่ได้ผสมกัน นี่เป็นผลมาจากการทำงานร่วมกันระหว่างสองวิธีการผสมการตัดและสับและการยืดและพับ

"แม้ว่าวัสดุมักจะเคลื่อนที่เป็นชิ้นเล็ก ๆ ในลักษณะที่ตัดและสับเปลี่ยนเหล่านี้ แต่สิ่งเหล่านี้จะถูกเลื่อนออกไปด้วยกัน" Umbanhowar ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลกล่าว "มีบริเวณที่ไม่เคยมีความหลากหลาย"

การทำความเข้าใจแนวคิดนี้อาจนำไปสู่ข้อมูลเชิงลึกในสถานที่ที่น่าสนใจและไม่คาดคิดเช่นการจับสลากคริสต์มาสคริสมาสต์ที่ 100, 000 ลูกไม้ขนาดเล็กที่มีหมายเลขตั๋วที่ไม่ซ้ำกันจะร่วงลงในหนึ่งทรงกลมในขณะที่ 1, 807 ลูกที่ติดฉลากด้วยรางวัลจะร่วงลงในอีก ในระหว่างการวาดภาพลูกรางวัลหนึ่งใบและหมายเลขตั๋วที่ตรงกันจะถูกดึงออกจากแต่ละทรงกลมจนกว่าทรงกลมที่ได้รับรางวัลจะว่างเปล่า แต่ถ้าแก้วรวมถึงบริเวณที่มีการผสมและบริเวณที่ไม่ได้ตำแหน่งเริ่มต้นของลูกในแก้วจะกลายเป็นปัจจัยที่ใหญ่กว่าว่าจะเลือกหรือไม่

"มีความคาดหวังว่าจะเป็นแบบสุ่ม แต่ผลของเราแสดงให้เห็นว่าไม่ใช่กรณีนี้" Ottino กล่าว

นักวิจัยหวังว่าจะทำการศึกษาในอนาคตเพื่อแสดงให้เห็นว่าข้อมูลนี้สามารถนำมาใช้กับวัสดุประเภทต่างๆได้อย่างไร

Umbanhowar กล่าวว่า "สิ่งนี้ทำให้เรามีเครื่องมือใหม่ ๆ ในการทำความเข้าใจว่าส่วนผสมอะไรและสิ่งที่ไม่ผสม" "ผลลัพธ์เหล่านี้สามารถใช้เป็นเครื่องมือในการออกแบบได้แล้ว"

menu
menu