Materiały sypkie

Duży zbiór dyskretnych,

makroskopowych czastek:

piasek, ziarno, grysik, mąka,

cukier

żwir, kamienie, śnieg

Materiały sypkie

Rozmiary:

1<d<100  ( proszki)

100 <d<0.5 cm (ziarna)
d>0.5 cm ( kamienie, skały, głazy)
Skala zjawiska: upakowane proszki (tabletki) -mm,

zboże (mm-10 cm), ziarna w silosie(mm-10 m), pustynia
(mm-km), pierscienie Saturna, chmury galaktycznego
pyłu ( 10

20

m)

Materiały sypkie

Gazy „sypkie”

(teoria kinetyczna, hydrodynamika,

klastrowanie)

i gęste materiały sypkie

( tarcie, poszerzanie,łańcuchy sił, tekstura, porządek
-nieporządek)

Materiały sypkie

• Duża liczba sztywnych cząstek,
• Klasyczne oddziaływania między

cząstkami,

• Siły międzycząsteczkowe działają tylko w

czasie styku, siły oddziaływania są
dyssypatywne (rozproszone),

• E

term

<E

pot

• Inne efekty ( wilgotność, ładunek

elektryczny, namagnesowanie )

Materiały sypkie

Inne zachowanie niż ciała stałego, cieczy czy

gazu- zatem jest to dodatkowy stan skupienia

rządzący się swoimi prawami

Nie ma temperatury:

Energia termiczna:

kT=1, 38.10

-23

J/K.298K=4,11.10

-21

J

Energia potencjalna

E=mgd=1 g.9,81
m/s

2

.1mm=9,81.10

-3

J

Materiały sypkie

lawina

Kąt
stabilności

Kąt
odpowiedzi

Transport i składowanie materiałów sypkich:
10% światowej konsumpcji energii

Materiały sypkie-

przykłady

Klepsydra jako zegar

prędkość wysypywania stała w
czasie - nie zależy od wysokości
piasku

Powstawanie

sklepienia, który dźwiga
ciężar piasku

Jeśli piasek ma bardzo małe ziarna
obserwuje się oscylacje – spowodowane
oddziaływaniem gazo-podobnym ( zegar
minutowy i sekundowy)

Lawiny

Lawiny : kamienna, wulkaniczna,

błotna, śnieżna ( pyłowa i lodowa),
gruntowa.

Materiały sypkie

Efekt orzecha brazylijskiego:

Przy potrząsaniu duże
orzechy wychodzą na
wierzch

Transitions

– Jamming
– Percolation
– Relation to other phenomena—e.g.

glasses

– Clustering (see gases)
– Fluidization
– Subharmonic Instabilities (shaken

systems)

– Stick-slip

Granular Clustering

–(Luding and

Herrmann)

Łańcuchy sił - eksperyment Couette

Problemy techniczne

Zależność przepływu od średnicy otworu

zsypu

Materiały sypkie-

przepływy

Mają tendencję zatykania

(blokowania) pod wpływem

nacisku Nie ma turbulencji

Efekty dodawania cieczy

(inne

kąty odpowiedzi)

Ordinary Solid Friction

e. g. block on plane

Indeterminacy of frictional contacts

Aligned force chains/contacts lead to texture

and anisotropy

Reynolds Dilatancy

Example of Reynolds dilation in before

and after images from a shear

experiment

Other effects leading to anisotropy

Example—simple shear creates texture

2D Shear Experiment—stress chains

break and reform

Example of stress chains: Couette shear

(Bob Hartley)

Materiały sypkie

Rozchodzenie się fali

akustycznej

przestrzenie wypełnione

powietrzem

Materiały sypkie

Cząstki namagnesowane- przy

szybkich wibracjach zachowują

się jak nie-namagnesowane

Poniżej „temperatury” przejścia

obserwuje się powstawanie

klastrów obok pojedynczych

cząstek

Dyfuzja i niestabilne

przepływy powierzchniowe