Szemcsés anyagok hengeres tartályból való kiürülésének vizsgálata
Annak dacára, hogy szemcsés szerkezetű anyagokkal mind a hétköznapi életben (gondoljunk csak számos, a konyhában fellelhető alapanyagra), mind az ipar számos területén (élelmiszeripar, építőipar stb.) találkozhatunk, igencsak keveset tudunk fizikai tulajdonságaikról, különböző állapotokban való viselkedésükről. Egyrészről, bár alkotóelemeik szilárd testek, klasszikus szilárdtest mechanikai módszerekkel nem kezelhetők. Másrészről folyadékként sem tekinthetünk rájuk, mivel számos olyan jelenséget figyelhetünk meg, melyekben sokszor nemhogy nem hasonló, hanem a folyadékmechanikában tapasztaltakhoz képest ellentétes tendenciák mutatkoznak.
Ilyen például a szegregáció, melynek érdekessége, hogy keverés hatására (még azonos alakú és méretű szemcsék esetén sem), nem homogenzálódik a közeg, hanem az alkotók valamilyen, részben ismeretlen mechanizmusok szerint különböző mintákba rendeződnek, szeparálódnak. Másik gyakori jelenség a beboltozódás, mely különösen a mezőgazdaságban, gabonasilóknál figyelhető meg. Ilyenkor a tömörödés miatt egyensúlyi állapot alakul ki, és a szemcsehalmaz nem folyik ki az erre kialakított nyíláson.
Dolgozatom célja és témája szemcsés anyagok hengeres tartályból való kiürülésének vizsgálata különböző tulajdonságú (alakú, méretű és egyéb anyagjellemzőjű) granulátumoknál, különböző paraméterű (frekvencia, amplitúdó) rezgések hatására. A projekt két fő részből tevődik össze. Az első egy ilyen vizsgálatokra alkalmas rázóasztal tervezése és építése. Célként olyan berendezés megépítését tűztük ki, mely a Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék birtokában lévő hidromotorok által meghajtva képes nagy tömegű (5-8 kg) mintával dolgozni, a fentebb említett rezgési paraméterek könnyű változtathatósága mellett. A munka másik része mérések elvégzése a megépült berendezésen. Ennek során adott anyagra vizsgáljuk a kifolyási tulajdonságokat, mérjük a teljes kiürülési időt, illetve figyeljük annak egyenletességét. A kísérleti eredmények kiértékelésének célja az ismert mechanizmusok mélyebb megértése, és esetlegesen eddig nem ismert új jelenségek feltárása is.
Források
Troy Shibrot and Fernando J. Muzzio, “Nonequilibrium Patterns in Granular Mixing and Segregation”, Physics Today, 53/3, page 25-30, 2000
Balázs Szabó, Zsolt Kovács, Sandra Wegner, Ahmed Ashour, David Fischer, Ralf Stannarius and Tamás Börzsönyi, “Flow of anisometric particles in a quasi-two-dimensional hopper”, Physical Review, E97, 062904, 2018
S. D. Liu, Z. Y. Zhou, R. P .Zou, D. Pinson and A. B. Yu, “Flow characteristics and discharge rate of ellipsoidal particles in a flat bottom hopper”, Powder Technology, 253, page 70-79, 2014
A. Ashour, S. Wegner, T. Trittel, T. Börzsönyi and R. Stananrius, “Outflow and clogging of shape-anisotropic grains in hoppers with small apertures”, Soft Matter, 13, page 402-414, 2017
