科学家解释“巴西坚果”为何总是位于综合坚果的顶部

发表于 4年以前  | 总阅读数:669 次

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很多人都会有这样的经历:将手浸入一袋混合坚果中,却发现巴西坚果在顶部。这种效应在麦片盒上也很容易观察到,较大的物品会上升到顶部。通俗地讲,这种颗粒按大小隔离的现象被称为 "巴西坚果效应",对工业也有巨大的影响,因为不均匀的混合会严重降低产品质量。

现在,曼彻斯特大学的科学家们首次利用时间分辨的3D成像技术,展示了巴西坚果是如何在一堆坚果中向上上升的。这项工作显示了颗粒形状在除杂过程中的重要性。研究颗粒状材料的一个常见困难是跟踪堆内侧的颗粒会发生什么,这些颗粒不容易被看到。这项发表在《科学报告》杂志上的新研究通过利用位于亨利·罗伊斯研究所的新国家实验室X射线计算机断层扫描研究设施(NXCT)的先进成像技术,使我们的认识取得了关键性的突破。

Regius教授Philip Withers说。"在这项工作中,我们通过延时X射线计算机断层扫描技术跟踪巴西坚果和花生的运动,因为包装被反复搅拌。这让我们首次看到了巴西坚果经过花生移动到顶部的过程。"

该团队用视频拍摄了这一独特的成像实验,以3D方式展示了坚果混合物的时空演变。花生被看到向下渗透,而三个较大的巴西坚果被看到向上上升。第一个巴西坚果在70次剪切循环后达到床面高度的10%,另外两个巴西坚果在150次剪切循环后达到这个高度。其余的巴西坚果似乎被困在底部,没有向上上升。

该研究的主要作者Parmesh Gajjar博士补充道。"关键的是,巴西坚果的方向是其向上运动的关键。我们发现,巴西坚果最初开始是水平的,但直到它们首先向垂直轴充分旋转后才开始上升。到达表面后,它们就会恢复到平坦的方向。

"我们的研究强调了颗粒形状和方向在分离中的重要作用。此外,这种以3D方式跟踪运动的能力将为隔离混合物的新实验研究铺平道路,并将为更真实的模拟和强大的预测模型打开大门。这将使我们能够更好地设计工业设备,最大限度地减少尺寸隔离,从而使混合物更加均匀。这对许多行业来说都是至关重要的,例如确保药片中活性成分的均匀分布,而且在食品加工、采矿和建筑业中也是如此。"

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