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研究更新:新的模型可以准确预测三维流砂

模型可以是在改善粮食的筒仓在医药制造的流动,和药物胶囊是有用的。


一个典型的储料仓可以容纳几千万吨玉米,种子,木屑等颗粒状物质。这些颗粒向下漏斗通过一个料斗,或滑道,进入货运车,其拖拉材料移走以进行处理。但它是很平常的溜槽堵塞,而且在许多情况下,唯一的解决方法是在工人通过开立,打破了卡纸,用木槌。在其他时间,工人可能需要爬进筒仓从墙壁松开材料 - 一个危险的任务可以触发致命雪崩。

如果筒仓设计,以适应颗粒流可以预防此类事故的发生。问题是,这是非常难以预料谷物的行为统称:而玉米的内核是固体,它们流经仓时表现得更像液体。在模拟筒仓颗粒的流动,而在其他的几何形状,已经证明了科学家们一个棘手的,百年老问题。

现在,研究人员在澳门太阳城最新网站的三维设计出颗粒流模型。该研究小组发现该模型精确地预测的颗粒流实验,包括流动配置了长期困扰科学家的结果。该团队的研究结果在本周的诉讼发表 国家科学院.

肯kamrin,类澳门太阳城最新网站机械工程1956年职业发展助理教授说,模型也可以用于提高药物粉末,片剂和胶囊的药品生产流通有用。

“有很多的颗粒物质大问题,” kamrin,谁共同撰写与澳门太阳城最新网站博士后大卫Henann度假白皮书说。 “最大的一个是,‘如果我画一个筒仓和大家介绍一下粒我用填充它,你可以预测它会如何迅速地流动?’现在我们可以论证的准确性试试这个...这是不是试图跟踪更容易沙的每一粒粮食“。

睦邻效果

新的三维颗粒流模型建立在这kamrin二维原型 去年开发。在该模型中,他提出了关键调整到现有组通常用于描述液体流动的方式方程。来预测,例如,水如何流过一个漏斗,这些方程本质上划分的水的体积成精细网格,预测整个体积将如何流动基于水分子在网格的单个盒的行为。 

kamrin说,这种“本地”方程做准确预测水流,因为水分子比他们通过流最船小这么多的好工作。但相同的是不是颗粒状物料的真实。 kamrin意识到,在颗粒流,大小事项:因为谷物相比,他们的环境不微乎其微 - 它们比水分子大很多 - 它们的大小会影响邻近的谷物如何运动,使其无法概括的一个小框流晶粒与整个仓。认识到这一点,kamrin加入一个新的“外地”一词的方程以考虑晶粒尺寸,结果发现,所得到的预测相匹配颗粒流的简单,二维的,粒子通过粒子模拟。

一个新的维度

在目前的纸,kamrin和Henann度假提出了颗粒流一般,三维模型。它采用了类似外地来看,考虑到单个颗粒的大小和邻近颗粒的效果。研究人员然后测试针对的各种几何形状,包括所述分裂底电池的玻璃珠流动实验模型 - 长期以来混淆科学家的几何形状,因为其颗粒的流动一直难以数学上描述。

分裂底电池类似于一个食品加工机的碗中,与安装在一个圆筒形地板内和外筒;内筒保持静止外圈旋转。在实验中,科学家们已经观察到,在颗粒以协作方式这种几何形状的流动:在那些与任一个内圈或外圈的最底部层移动,而向上的下一层开始更顺畅地流动。与每个较高层,kamrin说的颗粒的运动“涂片”,因为一个层的速度进一步影响层向上汽缸英寸以这种方式,在电池的底部的晶粒的急剧运动引起一个展开的,在宽的晶粒在顶部流动。

kamrin和Henann度假施加他们的模型这种几何形状,并发现它们的方程准确地预测晶粒的整个旋转圆筒的流动 - 第一粒状建模。然后他们通过精细文献挖掘和测试针对150个多家出版的实验研究等立体几何形状相同的模型,找到了他们的预测和实际观测值之间的定量协议。

这个模型可以预测的玻璃珠,砂和农业粮食流通工作以及马丁·赫克,在荷兰莱顿大学凝聚态物理学教授说。

“通过调谐几个物理参数[例如]摩擦[和]长度尺度,其它材料的宿主可被描述,”货车赫克,谁也不向研究说。 “颗粒介质是最丰富的材料,在工业生产过程...慢颗粒流有正确的认识,因此具有非常广泛的影响的潜力。”

展望未来,kamrin和Henann度假希望要测试的实验模型,并计划建立各种结构,观察不同大小的颗粒的方式流动。目标,Henann度假说,是为制造商提供设计更高效的筒仓等粮食装卸设备的工具。


主题: 计算机建模, 颗粒流, 制造业, 数学, 机械工业, 药品, 物理, 粮仓, 流体动力学

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