Granulaire hydrodynamica, wat betekent dat?
`Hydrodynamica is de leer van de beweging van vloeistoffen. Wij beschrijven dus granulair materiaal, korreltjes, alsof het vloeistoffen zijn. Dit kunnen zandkorrels zijn, of meel of peperkorrels. Al die materialen gedragen zich min of meer hetzelfde. In ons experiment hebben we zo'n duizend kleine metalen kogeltjes gebruikt.'
Wat hebben jullie onderzocht?
`Die kogeltjes hebben we in een container gedaan en op een shaker, een groot vibrerend apparaat, gezet. De korreltjes gaan daardoor bewegen. Nou blijkt dat als je hard genoeg schudt, je bovenop een heel dichte laag krijgt met korrels die niet zo snel bewegen en onderin een ijlere laag waarin de kogels juist wel heel snel bewegen.'
Wat betekent dit?
`Als de ijle gasachtige laag nog harder gaat bewegen dan stoten de kogeltjes door de dichte bovenste laag heen. Je krijgt dan zogenaamde convectierollen. Dat proces is allang bekend in vloeistoffen. Als je een pannetje water verwarmt, blijft het water bovenin eerst koel, maar onderin wordt het warm, krijgt het een lagere dichtheid en wil het omhoog. Zo ontstaat stroming. Dat fenomeen staat bekend als Rayleigh-Bénard convectie.'
Dat gaat met korreltjes dus precies hetzelfde?
`Er is één groot verschil tussen moleculen en korrels. Moleculen botsen met elkaar op elastische wijze en blijven daardoor als ze in beweging zijn altijd bewegen. Botsende granulaire deeltjes raken bewegingsenergie kwijt en komen, als je de energietoevoer stopt door niet meer te schudden, al snel stil te liggen. Dat proces heet dissipatie.
`Granulair materiaal wordt veel in de industrie gebruikt. De mijnbouw gebruikt erts in korrelvorm en de voedingsindustrie heeft korrelachtige materialen, zoals meel of rijst. Als je bijvoorbeeld rijst door een trechter gooit, gaan de korrels door botsingen energie dissiperen. Op een gegeven moment raakt de doorgang geblokkeerd. Dan ligt de productielijn stil en moet je met een moker tegen de trechter slaan.'
En dat hebben jullie nu opgelost?
`We kunnen hier niet direct mee naar de industrie, maar we zijn wel een stap verder. Wij richten ons op fundamenteel onderzoek, maar met deze kennis kan de industrie wel beter berekenen of een bepaalde strategie tot minder verstoppingen leidt.'
Jullie noemen het een groot succes. Waarom?
`Wij hebben in onze berekeningen laten zien hoe de granulaire laag instabiel wordt en wanneer convectierollen ontstaan. Bovendien hebben we aangetoond dat deze berekeningen perfect overeenkomen met onze experimenten. Daarmee zijn we de eersten.'
 |
| Devaraj van der Meer bij zijn proefopstelling met dansende korrels. (Foto: Gijs van Ouwerkerk) |
