همرفت دانه ای ( به انگلیسی: Granular Convection ) پدیده ای است که در زمان تکان دادن ظرفی حاوی مواد دانه دار مشاهده می شود؛ در این پدیده، زمانی که مخلوطی از چند دانه ریز و درشت در ظرفی ریخته شود؛ با چند بار تکان دادن آن ظرف دانه های درشت، بدون توجه به اینکه سنگین تر یا سبک تر از باقی دانه ها باشند، به سطح ظرف آمده و باقی دانه ها در سطح زیرین آنها قرار می گیرند. [ ۱]
برای بیان این پدیده از اصطلاح های دیگری نیز استفاده می شود که از جمله آنها می توان به اثر جوز برزیلی اشاره کرد که ( Brazil nuts effect ) [ ۲] مبنای این اصطلاح از زمانی نشات می گیرد که پس از تکان دادن یک قوطی حاوی دانه های مغزدار و باز نمودن آن مشاهده شد که جوز برزیلی به سطح بالای قوطی آمده است. همچنین اصطلاح اثر میوسلی هم متداول است، که براساس بسته های غلات صبحانه حاوی ذرات با اندازه های مختلف اما چگالی مشابه شکل گرفت. پدیده جداسازی دانه ای ( اثر جوز برزیل ) برای اولین بار توسط براون در سال ۱۹۳۹ مورد مطالعه قرار گرفت و متعاقباً توسط مهندسان تا سال ۱۹۸۷ مورد مطالعه قرار می گرفت که در نهایت به عنوان «مسئله آجیل برزیلی» به جامعه فیزیک معرفی شد. اگرچه ممکن است این مسئله ساده به نظر برسد، اما در واقع کاملاً پیچیده است و علاوه بر اینکه یک زمینه تحقیقاتی جدید است و اخیراً با ظهور آنچه «اثر معکوس مهره برزیل» نامیده می شود، بحث و جدال زیادی ایجاد کرده است. [ ۳]
پدیده جداسازی دانه ای ( اثر جوز برزیل ) برای اولین بار توسط فارادی در سال ۱۹۳۹ مورد مطالعه قرار گرفت. [ ۴] وی کشف کرد که ارتعاش یک ماده دانه ای می تواند سبب ایجاد همرفت در یک مقیاس بزرگ شود، همانند یک مایع که اگر حرارت داده شود؛ ذرات به طور مداوم از پایین به بالا می آیند. [ ۵] پس از آن تا سال ۱۹۸۷ این پدیده توسط دانشمندان مختلف مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. سرانجام در همین سال تحت عنوان «مسئله آجیل برزیلی» به جامعه فیزیک و سپس عموم معرفی شد.
برای بررسی پدیده همرفت دانه ای، توضیحی کوتاه دربارهٔ مواد گرانولار ( دانه ای ) مثمر ثمر خواهد بود. در یک دسته بندی کلی مواد به سه دسته جامد، مایع و گاز تقسیم می شوند؛ هر چند بعضی از مواد که در یک گروه مشخص از این دسته بندی قرار دارند. گاهی رفتارهای گروه دیگری را بروز می دهند. به عنوان مثال اگر مقداری شن را در دست خود بگیرید و سپس با زاویه کمی نسبت به افق شروع به رها کردن آن ها بر سطح زمین کنید؛ سقوط دانه های شن بر سطح زمین اصلاً شبیه به سقوط یک سنگ یا یک جسم جامد نخواهد بود و رفتار شن ها بیشتر همانند رفتار آب هنگام سقوط یا جاری شدن خواهد بود. این رفتار به علت جمع شدن تعداد زیادی از دانه های شن در کنار یکدیگر ایجاد می شود. یک دانه شن یا چند دانه شن این رفتار را از خود بروز نخواهند داد بلکه وقتی هزاران هزار دانه شن در کنار یکدیگر قرار می گیرند، این رفتار را از خود نشان می دهند و به طور کلی هرچه تعداد دانه ها بیشتر باشد و این دانه ها ریزتر باشند ( به عنوان مثال شن را با چند تکه سنگ کوچک مقایسه کنید ) این رفتار همانند آب ملموس تر خواهد بود. [ ۶] مواد و پودرهای گرانولار خود جمع ذرات جامد گسسته ای هستند که در یک مایع میان بافتی پراکنده شده اند. مواد گرانولار ( به عنوان مثال، شن و ماسه، نمک، شکر، پودرهای فلزی، دانه های شیشه، گلوله های استیل، دانه های قهوه، قرص ها، گندم و برنج ) که معمولاً در زندگی روزمره دیده می شوند و به طور گسترده در بسیاری از فرآیندهای صنعتی مانند تولید دارو، گاز دهی، تجزیه در اثر حرارت، تولید مواد شیمیایی، فرآوری مواد معدنی، قالب تزریق پودر فلز، تولید مواد افزودنی، متالورژی پودر و همچنین برای حمل و نقل و نگهداری مواد غذایی استفاده می شوند. جریان های دانه ای در طبیعت نیز یافت می شوند. ( به عنوان مثال، بهمن، رانش زمین و جریان آوار که می توانند باعث بلایایی شوند ) درک خصوصیات حمل و نقل و مکانیسم فیزیکی جریان های دانه ای بسیار مهم است، با این حال، درک ما از مواد دانه ای ضعیف است. حرکات تصادفی ذرات که ناشی از برخورد تعاملی بین ذرات هستند باعث مکانیسم تأثیر بر رفتار جریان و خصوصیات انتقال مواد دانه ای می شود. ( کمپبل، ۱۹۹۰ ) هنگامی که نیروی محرکه خارجی کم باشد، این مواد مانند مایع به صورت همگن جریان نمی یابند. در مقابل، اگر سیستم دانه ای نسبتاً رقیق شده و نیروی خارجی به اندازه کافی زیاد باشد، ممکن است مانند گاز رفتار کنند. بعلاوه، ممکن است مواد در صورت کمبود انرژی خارجی مانند جامد رفتار کنند. این سه حالت حرکتی ممکن است همزمان در سیستم دانه ای اتفاق بیفتد یا به صورت جداگانه وجود داشته باشند ( Jaeger، ۱۹۹۶ ) . اگرچه رفتار رئولوژیکی ماده گرانولار پیچیده است، اما درک ماده گرانولار در بسیاری از کاربردهای صنعتی و برای حل مشکلات مختلف زیست محیطی بسیار مهم است. [ ۷]
این نوشته برگرفته از سایت ویکی پدیا می باشد، اگر نادرست یا توهین آمیز است، لطفا گزارش دهید: گزارش تخلفبرای بیان این پدیده از اصطلاح های دیگری نیز استفاده می شود که از جمله آنها می توان به اثر جوز برزیلی اشاره کرد که ( Brazil nuts effect ) [ ۲] مبنای این اصطلاح از زمانی نشات می گیرد که پس از تکان دادن یک قوطی حاوی دانه های مغزدار و باز نمودن آن مشاهده شد که جوز برزیلی به سطح بالای قوطی آمده است. همچنین اصطلاح اثر میوسلی هم متداول است، که براساس بسته های غلات صبحانه حاوی ذرات با اندازه های مختلف اما چگالی مشابه شکل گرفت. پدیده جداسازی دانه ای ( اثر جوز برزیل ) برای اولین بار توسط براون در سال ۱۹۳۹ مورد مطالعه قرار گرفت و متعاقباً توسط مهندسان تا سال ۱۹۸۷ مورد مطالعه قرار می گرفت که در نهایت به عنوان «مسئله آجیل برزیلی» به جامعه فیزیک معرفی شد. اگرچه ممکن است این مسئله ساده به نظر برسد، اما در واقع کاملاً پیچیده است و علاوه بر اینکه یک زمینه تحقیقاتی جدید است و اخیراً با ظهور آنچه «اثر معکوس مهره برزیل» نامیده می شود، بحث و جدال زیادی ایجاد کرده است. [ ۳]
پدیده جداسازی دانه ای ( اثر جوز برزیل ) برای اولین بار توسط فارادی در سال ۱۹۳۹ مورد مطالعه قرار گرفت. [ ۴] وی کشف کرد که ارتعاش یک ماده دانه ای می تواند سبب ایجاد همرفت در یک مقیاس بزرگ شود، همانند یک مایع که اگر حرارت داده شود؛ ذرات به طور مداوم از پایین به بالا می آیند. [ ۵] پس از آن تا سال ۱۹۸۷ این پدیده توسط دانشمندان مختلف مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. سرانجام در همین سال تحت عنوان «مسئله آجیل برزیلی» به جامعه فیزیک و سپس عموم معرفی شد.
برای بررسی پدیده همرفت دانه ای، توضیحی کوتاه دربارهٔ مواد گرانولار ( دانه ای ) مثمر ثمر خواهد بود. در یک دسته بندی کلی مواد به سه دسته جامد، مایع و گاز تقسیم می شوند؛ هر چند بعضی از مواد که در یک گروه مشخص از این دسته بندی قرار دارند. گاهی رفتارهای گروه دیگری را بروز می دهند. به عنوان مثال اگر مقداری شن را در دست خود بگیرید و سپس با زاویه کمی نسبت به افق شروع به رها کردن آن ها بر سطح زمین کنید؛ سقوط دانه های شن بر سطح زمین اصلاً شبیه به سقوط یک سنگ یا یک جسم جامد نخواهد بود و رفتار شن ها بیشتر همانند رفتار آب هنگام سقوط یا جاری شدن خواهد بود. این رفتار به علت جمع شدن تعداد زیادی از دانه های شن در کنار یکدیگر ایجاد می شود. یک دانه شن یا چند دانه شن این رفتار را از خود بروز نخواهند داد بلکه وقتی هزاران هزار دانه شن در کنار یکدیگر قرار می گیرند، این رفتار را از خود نشان می دهند و به طور کلی هرچه تعداد دانه ها بیشتر باشد و این دانه ها ریزتر باشند ( به عنوان مثال شن را با چند تکه سنگ کوچک مقایسه کنید ) این رفتار همانند آب ملموس تر خواهد بود. [ ۶] مواد و پودرهای گرانولار خود جمع ذرات جامد گسسته ای هستند که در یک مایع میان بافتی پراکنده شده اند. مواد گرانولار ( به عنوان مثال، شن و ماسه، نمک، شکر، پودرهای فلزی، دانه های شیشه، گلوله های استیل، دانه های قهوه، قرص ها، گندم و برنج ) که معمولاً در زندگی روزمره دیده می شوند و به طور گسترده در بسیاری از فرآیندهای صنعتی مانند تولید دارو، گاز دهی، تجزیه در اثر حرارت، تولید مواد شیمیایی، فرآوری مواد معدنی، قالب تزریق پودر فلز، تولید مواد افزودنی، متالورژی پودر و همچنین برای حمل و نقل و نگهداری مواد غذایی استفاده می شوند. جریان های دانه ای در طبیعت نیز یافت می شوند. ( به عنوان مثال، بهمن، رانش زمین و جریان آوار که می توانند باعث بلایایی شوند ) درک خصوصیات حمل و نقل و مکانیسم فیزیکی جریان های دانه ای بسیار مهم است، با این حال، درک ما از مواد دانه ای ضعیف است. حرکات تصادفی ذرات که ناشی از برخورد تعاملی بین ذرات هستند باعث مکانیسم تأثیر بر رفتار جریان و خصوصیات انتقال مواد دانه ای می شود. ( کمپبل، ۱۹۹۰ ) هنگامی که نیروی محرکه خارجی کم باشد، این مواد مانند مایع به صورت همگن جریان نمی یابند. در مقابل، اگر سیستم دانه ای نسبتاً رقیق شده و نیروی خارجی به اندازه کافی زیاد باشد، ممکن است مانند گاز رفتار کنند. بعلاوه، ممکن است مواد در صورت کمبود انرژی خارجی مانند جامد رفتار کنند. این سه حالت حرکتی ممکن است همزمان در سیستم دانه ای اتفاق بیفتد یا به صورت جداگانه وجود داشته باشند ( Jaeger، ۱۹۹۶ ) . اگرچه رفتار رئولوژیکی ماده گرانولار پیچیده است، اما درک ماده گرانولار در بسیاری از کاربردهای صنعتی و برای حل مشکلات مختلف زیست محیطی بسیار مهم است. [ ۷]
wiki: همرفت دانه ای