Во время подводного плавания в Средиземном море камбала, внезапно появившаяся в поле зрения и исчезнувшая, так же незаметно испугала Альбана Соре, научного сотрудника Французского национального центра научных исследований (CNRS) в лаборатории SVI. В то время он уже исследовал соединение гранулированного материала и жидкостей в лаборатории.
Таким образом, исчезновение камбалы вдохновило Соре и его коллег из лаборатории FAST (CNRS / Paris-Sud University) на проведение некоторых экспериментов, направленных на изучение задействованной физики, и во время 68-го ежегодного собрания Отделения гидродинамики Американского физического общества в ноябре. 22-24 августа 2015 г., Бостон, штат Массачусетс., они представят свои выводы.
Эксперименты команды включают колеблющуюся круглую или прямоугольную фольгу, движение которой — включая амплитуду и скорость колебаний, а также положение над зернистым слоем — контролируется исследователями.
«Мы измеряем скорость жидкости вокруг колеблющейся фольги с помощью метода« визуометрии частиц », потому что он позволяет нам отслеживать и количественно определять вихри, генерируемые колебаниями фольги», — сказал Соре.
Они также визуализируют поведение и топографию эродированного зернистого слоя, а затем сравнивают эти экспериментальные результаты с теоретическими предсказаниями начала процесса эрозии. «Действительно, когда жидкость течет над гранулированным слоем с достаточно большой скоростью, происходит эрозия, и песок уносится в поток жидкости», — пояснил Соре. "Таким образом, мы можем предсказать амплитуду и частоту колебаний, необходимых для разрушения зернистого слоя."
В то время как предыдущие исследования других были посвящены процессам эрозии и ресуспендирования, в том числе в реках и пустынях, большинство из них было сосредоточено на влиянии постоянного потока жидкости на зернистый слой. Здесь ситуация более сложная, потому что она включает связь между колебаниями жесткой пластины и эрозией слоя за счет движения окружающей жидкости. "Течение жидкости нетривиально: колеблющаяся фольга периодически сбрасывает вихри", — сказал он. "Это сложное взаимодействие между фольгой, жидкостью и зернистым слоем необходимо понять."
Понимание того, как поток текучей среды может изменять гранулированный слой и как колеблющиеся потоки или вихри могут ресуспендировать гранулированный слой, представляет интерес для многих приложений. «Некоторые технологические процессы требуют закапывания в гранулированном слое или ресуспендирования частиц, например, в псевдоожиженном гранулированном слое», — отметил Заурет.
В других ситуациях повторное взвешивание частиц может вызвать катастрофические события.
Когда вертолет приземляется в песчаной и пыльной среде, его лопасти запускают рециркуляцию воздуха, что может вызвать повторное взвешивание частиц. Ограниченная видимость в созданном песчаном облаке вызывает серьезные проблемы с безопасностью, поэтому понимание того, как и когда возникает это повторное взвешивание, может помочь избежать образования облака.
«Наши эксперименты показали, что исходное положение фольги и направление самого первого колебания — вверх или вниз — сильно влияют на генерируемые вихри и эффективность процесса эрозии», — сказал Соре. "Это было очень удивительно и показывает, что, вероятно, существует комбинация движений, которая приводит к более легкому ресуспендированию гранулированного слоя. Интересно, поняли ли это камбалы и сводят к минимуму свои усилия?."
Теперь, когда Заре и его коллеги обнаружили, когда и как колебания фольги вызывают эрозию гранулированного слоя, следующим шагом будет более количественная характеристика количества песка, ресуспендированного колеблющейся фольгой.
«Это требует использования метода визуализации, который позволяет отслеживать как движение жидкости, так и траектории частиц», — сказал Соре. "Тогда мы сможем сравнить эффективность нашей фольги с эффективностью камбалы. Мы только начинаем понимать процесс, который природа оптимизировала, чтобы камбала могла ускользать от хищников."
Команда также начала изучать эффекты плавания рыбы и движения рядом с гранулированным слоем. «Некоторые рыбы, например, создают красивые подводные структуры, просто плавая — разрушая гранулированный слой и повторно взвешивая некоторое количество песка», — добавил он. «Как для этого конкретного аспекта, так и для транспортировки в пыльной среде, стоит изучить ресуспендирование гранулированного слоя в кильватере« перемещающегося объекта »в виде рыбы или транспортного средства."
Презентация № M12.10, "Как рыба прячется в песке: эрозия колеблющейся фольгой", авторами: Альбан Соре, Сиприен Мориз, Гийом Кибеф и Филипп Гондре. Будет в 9:57.м. ET во вторник, ноябрь.
24 декабря 2015 г. в зале 200 конференц-центра Hynes в Бостоне, штат Массачусетс.