Текст уведомления здесь

Московские физики нашли условия плавного течения цемента

Ламинарное течение суспензий оказалось возможным только при равномерном распределении частиц и определенном сочетании свойств взвеси.
Добавить в закладки
Комментарии

Не все суспензии оказались способны к спокойному ламинарному движению. Их переход к турбулентному течению можно предсказать, зная ключевые гидродинамические характеристики потока. Об этом российские ученые пишут в статье, опубликованной журналом Physics of Fluids.

Cуспензия — это множество мелких твердых частиц, взвешенных в жидкости. Большинство практически важных материалов, включая эмалевые краски и цемент, являются именно суспензиями. В зависимости от размеров, плотности и количества частиц в этой двухфазной системе они могут распределяться равномерно либо медленно оседать под действием силы тяжести.

Течение у этих двухфазных систем, как и у обычных жидкостей, может быть плавным, ламинарным, либо, наоборот, турбулентным, с активным перемешиванием и вихрями. Оно характеризуется числом Рейнольдса, которое зависит от скорости, плотности, вязкости и других параметров среды. Переход числа Рейнольдса через критическое значение отражает возникновение неустойчивостей — и переход от спокойного течения к турбулентному.

Московские ученые: заведующий лабораторией механики многофазных сред НИИ Механики МГУ Александр Осипцов и Сергей Боронин, ведущий научный сотрудник Центра добычи углеводородов Сколтеха (SCHR), — рассмотрели параметры, при которых двухфазное течение равномерных и неравномерных суспензий будет ламинарным, а при каких — турбулентным. Им удалось показать, что переход потока через критическое число Рейнольдса определяется свойствами суспензии, которые описывают числа Стокса и Фруда.

Число Стокса показывает отношение кинетической энергии частиц к энергии их взаимодействия с жидкостью. Если доминирует первая, то при огибании жидкостью препятствия частицы будут сталкиваться с ним; если же превалирует энергия взаимодействия, то они обогнут препятствие вместе с жидкостью. Число Стокса зависит от вязкости и скорости течения жидкости, размеров и плотности взвешенных частиц и других параметров. Число Фруда отражает отношение инерции течения к действию внешней силы. Оно описывает устойчивость потока при воздействии, например, гравитационном.

Осипцов и Боронин нашли сочетания чисел Стокса и Фруда, при которых течение суспензии с равномерным распределением частиц будет ламинарным. Эти комбинации появляются для чисел Стокса, при которых твердые частицы движутся достаточно независимо от жидкой фазы. «Рассогласование скоростей фаз, — объясняет Александр Осипцов, — может приводить к заметной стабилизации течения и затягиванию ламинарного режима».

При этом течение суспензии с неравномерно распределенными частицами остается турбулентным практически при любых условиях, так как число Рейнольдса остается выше критического. «При наличии неоднородностей концентрации частиц по сечению канала возникает новый тип неустойчивости», — добавляет Александр Осипцов.

Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Человек покинул Африку и захватил Китай более двух миллионов лет назад

Это примерно на 270 тысяч лет удревняет экспансию Homo за пределы их родного континента.
Добавить в закладки
Комментарии

Китайские исследователи при участии британских коллег обнаружили в центральной части этой страны каменные орудия, возраст которых определен в 1,26—2,12 миллиона лет. Если верна нижняя граница этой датировки, то данные орудия — самое древнее свидетельство присутствия людей за пределами Африки, где и возник род Homo. Соответствующая статья опубликована в Nature.

По современным данным, самым древним видом нашего рода является Homo habilis, чьи останки найдены только в Африке. К нему или его непосредственным предкам относится челюсть LD 350−1. Ее возраст 2,8 миллиона лет, и она считается самым древним из останков представителей рода Homo. Однако первым видом, достоверно вышедшим за пределы Африки, стал Homo erectus — их останки в грузинской пещере Дманиси появились 1,8 миллиона лет назад. А около 1,7 миллиона лет назад кости того же вида появляются в Китае.

Авторы новой работы изучили 88 каменных орудий из 17 слоев раскопа в районе Шаньчэн (провинция Хэнань, Центральный Китай). Орудия эти разных типов — от сравнительно специализированных скребков и сверл до более универсальных рубил. Главным образом они сделаны из кварца и кварцита, выход которого есть в горах поблизости от района раскопок. Обнаружить рядом с орудиями кости людей не удалось. Отдельно стоит отметить, что и кварц, и кварцит — крайне твердые породы, и их обработка требует уверенных навыков работы с камнем. Но в данном случае это скорее плюс, чем минус, — такие орудия нельзя спутать с камнями, расщепленными в силу естественных процессов, не связанных с человеческой деятельностью.

Чтобы определить возраст орудий, ученые обратились к датировке слоев, в которых они были найдены. Слои содержали ряд пород с частицами железа. Когда оно нагревается до точки Кюри, то «запоминает» направление и интенсивность магнитного поля Земли на момент остывания. Расположение магнитных полюсов Земли постоянно меняется, как и сила магнитного поля. Оценивая следы этих изменений, можно сравнительно точно датировать породы, содержащие такие частицы железа. [ ... ]

Читать полностью

Блазар «обстрелял» Антарктиду нейтрино высоких энергий

Активные ядра галактик, выстреливающие разогнанную до околосветовых скоростей плазму, впервые проявили себя как источник довольно экзотических частиц.
Добавить в закладки
Комментарии

Работы двух групп исследователей, связанных с научной коллаборацией IceCube, показали, что окрестности активно пожирающих материю сверхмассивных черных дыр в центрах галактик являются источником нейтрино особо высоких энергий. До сих пор надежно удавалось зарегистрировать только такие источники нейтрино, как Солнце, либо близкие сверхновые. Новое открытие важно не только из-за регистрации нового класса источников нейтрино, но и потому, что может пролить свет на происхождение космических частиц особо высоких энергий, до сих пор остававшееся загадкой. Соответствующие статьи опубликованы в Science.

Блазары — это особо компактные квазары, галактики с активно излучающим ядром. От других галактик с активным ядром их отличает наличие релятивистских джетов — струй плазмы, разогнанных до околосветовых скоростей. Другая особенность блазаров — все они происходят от галактик, сильно отличающейся от нашей. Если Млечный Путь, в котором мы живем, спиральная галактика, то блазары находятся в центрах гигантских эллиптических (овальных) галактик.

Международная коллаборация IceCube изучает данные наблюдений, собранных с помощью крупного подповерхностного нейтринного «телескопа», расположенного под толщами льда в Антарктиде. Мощности IceCube — это большие кубические бассейны с водой, при прохождении через которые нейтрино могут вызывать слабые вспышки. Регистрируя такие вспышки в разнесенных в пространстве «кубах» с водой, исследователи могут определить, с какого именно направления пришло то или иное нейтрино. Для ряда нейтрино высоких энергий эти направления совпадали. Изучая их, ученые выявили объекты — кандидаты источников подобных нейтрино.

Одним из них был блазар TXS 0506+056, свет от которого шел до Земли 4 миллиарда лет. Кроме пучка нейтрино высоких энергий, пришедшего от него и зарегистрированного в 2017 году, на высокую активность этого блазара показало и наблюдение за ним в оптическом и иных диапазонах на целом ряде обычных телескопов. Тот факт, что повышение интенсивности излучений от блазара совпало с появлением с этого же направления нейтрино высоких энергий указывает на то, что именно он и является их наиболее вероятным источником. Новое открытие указывает на «нейтринную активность» блазаров, до того остававшуюся лишь гипотезой. [ ... ]

Читать полностью

«Сталевары» предложили новый способ изготовления фотопереключаемых устройств на графене

Его отличает необычная двухслойная структура.
Добавить в закладки
Комментарии

Исследователи из НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из США предложили новые двухслойные фотопереключаемые структуры на основе графена. Они сохраняют присущую графену высокую проводимость и подвижность электронов. До сих пор проводимость всех фотопереключаемых структур была заметно ниже. Соответствующая статья опубликована в Advanced Materials.

Ученые использовали специальное экспериментальное устройство, выполненное на кремниевой подложке и покрытое диоксидом кремния. На нем разместили два электрода, состоящие из хрома и золота. Между электродами закрепили пластинку графена (двумерного углерода, толщиной в один атом). При контакте азобензола (C6H5N=NC6H5) с графеном начинали возникать катионы диазониевых солей. Под действием ультрафиолетового излучения азобензол переходил от транс- к цис-форме.

Эти две формы отличаются между собой тем, что в цис-изомере два атома водорода из разных фенильных колец оказываются в одном и том же месте, что ведет к их отталкиванию. В итоге оно скручивает молекулы и разрушает единую систему общих π-орбиталей. В транс-изомере этого не происходит, поэтому образуется единая система из семи сопряженных π-связей. Как выяснили авторы статьи, цис и транс-изомеры по-разному влияют на электронные свойства графена. Транс-форма увеличивает его проводимость за счет допирования «дырками» (положительными зарядами), а в случае цис-формы этот процесс выражен гораздо слабее. Поэтому под действием ультрафиолетового излучения проводимость устройства падает, а под действием видимого света (который переводит цис-форму обратно в транс) — снова возрастает.

Фотопереключаемое графеновое устройство потенциально может быть использовано в системах передачи информации, а также в виде высокочувствительного сенсора. Что важно, в опытах было показано, что реакция на облучение сохраняется даже после множества циклов, а значит, ресурс таких систем потенциально довольно высок. [ ... ]

Читать полностью