В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, ученые впервые зафиксировали вторичные потоки внутри сыпучих материалов с помощью передовой рентгеновской визуализации. Они разработали метод под названием рентгеновская реография, который позволяет получать трехмерные изображения движущихся частиц без остановки процесса.
Ученые впервые наблюдали «скрытые вихри», влияющие на движение оползней и лавин
Международная команда ученых впервые наблюдала скрытые вихревые течения внутри движущихся сыпучих материалов, используя технологию трехмерной рентгеновской визуализации. Работа поможет лучше понять механику лавин и оползней и поможет в работе с любыми сыпучими материалами.
Сход лавины. https://www.sfu.ca/
То, что выглядит как обычный поток песка или снега в одном направлении, на самом деле скрывает сложные вихревые течения, движущиеся в разных направлениях под поверхностью. Когда частицы движутся при оползне, большинство следует по самому крутому склону вниз — это «первичный поток». Но некоторые зерна движутся вбок или закручиваются в скрытых узорах, образуя «вторичные потоки», которые влияют на дальность и скорость движения материала. То, что под поверхностью сыпучих материалов возникают вихревые потоки, ученые подозревали давно, и даже построили теоретические модели. И наконец, эти вихри удалось увидеть.
Вихри внутри потока
Эксперимент со стеклянными шариками. Поток двигается справа налево и упирается в откос.
Эксперименты проводились со стеклянными шариками на конвейерной ленте, которая толкала частицы к стенке, заставляя их накапливаться.Тест выявил рябь на поверхности, которую и ранее связывали со скрытыми вторичными потоками.
Основной поток движется в одном направлении, поэтому обнаруженные боковые движения стали первым прямым экспериментальным доказательством существования вторичных потоков. Вихревые движения оказались повсеместными в сложных потоках частиц — они возникают всякий раз, когда частицы получают толчок, например при расчистке снега или перемещении зерна в сельском хозяйстве.
Движение вторичного потока, отображаемое с помощью моделирования.
Понимание движения частиц под поверхностью движущегося потока поможет объяснить физику лавин и разрушительную силу оползней, улучшить обработку повседневных материалов — от пшеницы в элеваторах до порошков в фармацевтике и уборки снега.