Ученые впервые наблюдали «скрытые вихри», которые влияют на движение оползней и лавин

Международная команда ученых впервые наблюдала скрытые вихревые течения внутри движущихся сыпучих материалов, используя технологию трехмерной рентгеновской визуализации. Работа поможет лучше понять механику лавин и оползней и поможет в работе с любыми сыпучими материалами.


Сход лавины. www.sfu.ca/

То, что выглядит как обычный поток песка или снега в одном направлении, на самом деле скрывает сложные вихревые течения, движущиеся в разных направлениях под поверхностью. Когда частицы движутся при оползне, большинство следует по самому крутому склону вниз — это «первичный поток». Но некоторые зерна движутся вбок или закручиваются в скрытых узорах, образуя «вторичные потоки», которые влияют на дальность и скорость движения материала. То, что под поверхностью сыпучих материалов возникают вихревые потоки, ученые подозревали давно, и даже построили теоретические модели. И наконец, эти вихри удалось увидеть.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, ученые впервые зафиксировали вторичные потоки внутри сыпучих материалов с помощью передовой рентгеновской визуализации. Они разработали метод под названием рентгеновская реография, который позволяет получать трехмерные изображения движущихся частиц без остановки процесса.

Вихри внутри потока

Эксперимент со стеклянными шариками. Поток двигается справа налево и упирается в откос.
Andrés Felipe Escobar Rincón

Эксперименты проводились со стеклянными шариками на конвейерной ленте, которая толкала частицы к стенке, заставляя их накапливаться.

Тест выявил рябь на поверхности, которую и ранее связывали со скрытыми вторичными потоками.

Основной поток движется в одном направлении, поэтому обнаруженные боковые движения стали первым прямым экспериментальным доказательством существования вторичных потоков. Вихревые движения оказались повсеместными в сложных потоках частиц — они возникают всякий раз, когда частицы получают толчок, например при расчистке снега или перемещении зерна в сельском хозяйстве.

Движение вторичного потока, отображаемое с помощью моделирования.
Andrés Felipe Escobar Rincón

Понимание движения частиц под поверхностью движущегося потока поможет объяснить физику лавин и разрушительную силу оползней, улучшить обработку повседневных материалов — от пшеницы в элеваторах до порошков в фармацевтике и уборки снега.