بررسی عددی شارش محیط دانه ای فشرده محصور بین صفحات تخت

چکیده محیط دانه ای محیطی است که شامل تعداد زیادی از دانه های ماکروسکوپی باشد. کاربرد بسیار مواد دانه ای باعث شده که مورد توجه بسیار محققان باشد. مواد دانه ای در صنایع مختلف به کار می روند. زغال سنگ و کک در معادن، انواع قرص، کپسول در صنایع دارویی، شن، ماسه، گج و سیمان در صنایع راه سازی و ساختمان، سرامیک ها با مقاومت بالا، کاتالیزورها و پودرهای شیمیایی در صنایع پتروشیمی، وجود انواع مواد خوراکی و غلات در صنایع کشاورزی و موارد بسیار دیگر، همه نمونه هایی از مواد دانه ای در زندگی روزمره است. در نتیجه بررسی خواص این مواد بسیار بااهمیت است. از طرف دیگر جریان یافتن و شارش مواد دانه ای پدیده ای است که در طبیعت و صنعت بسیار رخ می-دهد. پدیده هایی مانند رانش زمین، انتشار امواج، سقوط بهمن، ریزش کوه و آشفتگی های مکانیکی از مواردی هستند که دانستن رئولوژی مواد دانه ای در بررسی آنها بسیار سودمند است. مطالعاتی که تاکنون روی مواد دانه ای توسط پژوهش گران انجام شده است بیشتر روی حالت های ایستای این مواد بوده است، مثل شکل گیری لایه ها، ایجاد تپه و محاسبه تانسور فشار در تپه. از اینرو بررسی جریان و شارش آنها بسیار مهم است. هدف این تحقیق، بررسی رئولوژی مواد دانه ای است. بدین منظور هم آشفتگی های کوتاه مدت و هم بلند مدت در محیط دانه ای ایجاد می شود و اثرات آن در ارتفاع ها و زمان های مختلف بررسی می شود. برای این کار سرعتی برشی به صفحه زیرین محیط دانه ای اعمال می شود و سرعت دانه ها در ارتفاع های مختلف به دست می آید. همچنین تأثیر پارامترهای مختلف مانند اصطکاک، اندازه و چگالی دانه ها در سرعت گرفتن آنها مورد بررسی قرار گرفته است. زاویه ریزش دانه ها که در سقوط بهمن مهم است نیز اندازه گیری شده است. برای این کار از شبیه سازی دینامیک مولکولی و نرم افزار لمپس استفاده شده است. نتایج حاکی از آن است که محیط دانه ای نه دقیقاً شبیه جامدات و نه دقیقاً شبیه شاره ها هستند. رفتار آنها با یک شاره نیوتنی بسیار متفاوت است. همچنین ضریب اصطکاک بین دانه ها عاملی تأثیرگذار در رئولوژی این مواد است. به-علاوه با استفاده از برازش داده ها رابطه ای بین سرعت دانه ها و فاصله آنها از کف -سرعت برشی به ناحیه کف اعمال می شود- به دست آمد.