自由に落下する粒状流における破裂とクラスタリングの高速追跡

科学分野:

• 物理 物理学 物理学とは
• 材料科学 材料科学とは
• 流体力学 流体力学とは

背景:

• 表面張力によって引き起こされるプレート・レイリー不安定は,液体の流れが滴状に割れることを引き起こします.
• 粒状物質の流れは,同様のクラスタリングを示すが,その背後にあるメカニズムは不明である.
• 粒状流に関する以前の研究では,完全な不安定な進化の観察が欠けていました.

研究 の 目的:

• 乾燥した粒状物質の流れのクラスタリングの背後にあるメカニズムを調査する.
• 粒状の流れにおけるクラスター形成を駆動する力を特定する.
• 粒子の流れの不安定性を液体ジェット破裂と比較するために.

主な方法:

• 共同で動くフレーム内の粒状のストリームの高速ビデオイメージング.
• 粒子の表面特性を変化させる制御された実験.
• 原子力顕微鏡では,粒子の間の結合力を測定します.

主要な成果:

• 粒状の流れにおけるクラスター形成は,ナノニュートンの凝結力によって引き起こされます.
• これらの力は,ヴァン・デル・ワールスの相互作用と,表面アスペリティの間の毛細血管の架け橋から生じる.
• 測定された凝結力は,表面張力に等しく,液体よりも5桁低い.
• その結果生じる粒状のクラスターは,液体ナノジェット破裂からの滴に似ています.

結論:

• 微小な凝結力,表面張力ではなく,粒子の流れの断裂を駆動する.
• Plateau-Rayleighの不安定性メカニズムは,マクロスケールの粒子の流れに適用できます.
• この発見は,液体と粒状の流れの不安定性の間のギャップを埋めています.