An investigation of granular material movement due to instability post impinging upward fluid
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.209933Ключові слова:
granular material, instability, impinging, upward flow, Bond number, fluidization, cavity fluidАнотація
Granular is a form of material that is widely used in the industry. To move the granular material, energy is needed to form a flow of granular. Granular instability can be utilized to move granular material. Prevention of jamming and clogging is done by breaking down the parts of the granular, which are locking. Impinging fluid in the granular is used to create granular instability. An observation was made using the experimental method. The granular in the Hele-Shaw cell is shot with fluid in the granular body and results in instability motion. Fluid impinging breaks granular bonds and forms fluid cavities. Furthermore, the fluid cavity moves upward due to unstable conditions. Granular with a strong bond is loose in the form of the agglomerate. Agglomerate is destroyed in the process of moving because there is a drag force. Granular with weak bonds tries to maintain individually form fingering. Granular moves down in the settling process to find a stable position. Instability is affected by the bonds between the grains. A comparison between the cohesion force and the mass weight of the particles is expressed as a granular Bond number Bog. In glass sand material, strong granular bonds occur at granular sizes below 100 µm. Granular bonds affect the movement of instability in groups. The value of the granular Bond number is greater than 1. At sizes of 100 to 230 µm, the granular bond still affects the granular instability with the fingering pattern in the granular motion. The value of the granular Bond number is close to 1. Granular sizes above 230 µm indicate the presence of non-dominant bonds between the grains. The individual granular mass is higher than the cohesion force that occurs at the interface between the granular, and the granular Bond number value is less than 1.
Спонсор дослідження
- The author would like to thank the Doctoral Program of Mechanical Engineering at Brawijaya University for supporting this research.
Посилання
- Torres-Serra, J., Romero, E., Rodríguez-Ferran, A., Caba, J., Arderiu, X., Padullés, J.-M., González, J. (2017). Flowability of granular materials with industrial applications - An experimental approach. EPJ Web of Conferences, 140, 03068. doi: https://doi.org/10.1051/epjconf/201714003068
- Venkatesh, R., Bek, M., Voloshin, A., Emri, I. (2018). A New Methodology for Measuring the Flowability of Granular Materials. Materials Today: Proceedings, 5 (13), 26693–26696. doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.08.137
- Mort, P. (2015). Characterizing flowability of granular materials by onset of jamming in orifice flows. Papers in Physics, 7. doi: https://doi.org/10.4279/pip.070004
- Hooshanginejad, A., Druecke, B. C., Lee, S. (2019). Stability analysis of a particle band on the fluid–fluid interface. Journal of Fluid Mechanics, 869. doi: https://doi.org/10.1017/jfm.2019.239
- McLaren, C. P., Kovar, T. M., Penn, A., Müller, C. R., Boyce, C. M. (2019). Gravitational instabilities in binary granular materials. Proceedings of the National Academy of Sciences, 116 (19), 9263–9268. doi: https://doi.org/10.1073/pnas.1820820116
- Philippe, P., Badiane, M. (2013). Localized fluidization in a granular medium. Physical Review E, 87 (4). doi: https://doi.org/10.1103/physreve.87.042206
- Verbücheln, F., Parteli, E. J. R., Pöschel, T. (2015). Helical inner-wall texture prevents jamming in granular pipe flows. Soft Matter, 11 (21), 4295–4305. doi: https://doi.org/10.1039/c5sm00760g
- Endo, K., Reddy, K. A., Katsuragi, H. (2017). Obstacle-shape effect in a two-dimensional granular silo flow field. Physical Review Fluids, 2 (9). doi: https://doi.org/10.1103/physrevfluids.2.094302
- Janda, A., Zuriguel, I., Garcimartín, A., Maza, D. (2015). Clogging of granular materials in narrow vertical pipes discharged at constant velocity. Granular Matter, 17 (5), 545–551. doi: https://doi.org/10.1007/s10035-015-0583-z
- Nicolas, A., Garcimartín, Á., Zuriguel, I. (2018). Trap Model for Clogging and Unclogging in Granular Hopper Flows. Physical Review Letters, 120 (19). doi: https://doi.org/10.1103/physrevlett.120.198002
- Hong, X., Kohne, M., Morrell, M., Wang, H., Weeks, E. R. (2017). Clogging of soft particles in two-dimensional hoppers. Physical Review E, 96 (6). doi: https://doi.org/10.1103/physreve.96.062605
- Gaudel, N., Kiesgen De Richter, S. (2019). Effect of vibrations on granular material flows down an inclined plane using DEM simulations. Powder Technology, 346, 256–264. doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2019.01.080
- Lozano, C., Lumay, G., Zuriguel, I., Hidalgo, R. C., Garcimartín, A. (2012). Breaking Arches with Vibrations: The Role of Defects. Physical Review Letters, 109 (6). doi: https://doi.org/10.1103/physrevlett.109.068001
- Mankoc, C., Garcimartín, A., Zuriguel, I., Maza, D., Pugnaloni, L. A. (2009). Role of vibrations in the jamming and unjamming of grains discharging from a silo. Physical Review E, 80 (1). doi: https://doi.org/10.1103/physreve.80.011309
- Zuriguel, I., Janda, Á., Arévalo, R., Maza, D., Garcimartín, Á. (2017). Clogging and unclogging of many-particle systems passing through a bottleneck. EPJ Web of Conferences, 140, 01002. doi: https://doi.org/10.1051/epjconf/201714001002
- Valdes, J. R., Santamarina, J. C. (2008). Clogging: bridge formation and vibration-based destabilization. Canadian Geotechnical Journal, 45 (2), 177–184. doi: https://doi.org/10.1139/t07-088
- D’Ortona, U., Thomas, N. (2020). Self-Induced Rayleigh-Taylor Instability in Segregating Dry Granular Flows. Physical Review Letters, 124 (17). doi: https://doi.org/10.1103/physrevlett.124.178001
- Capece, M., Ho, R., Strong, J., Gao, P. (2015). Prediction of powder flow performance using a multi-component granular Bond number. Powder Technology, 286, 561–571. doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2015.08.031
- Liu, Y., Guo, X., Lu, H., Gong, X. (2015). An Investigation of the Effect of Particle Size on the Flow Behavior of Pulverized Coal. Procedia Engineering, 102, 698–713. doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.01.170
- Valverde, J. M. (2013). Fluidization of Fine Powders: Cohesive versus Dynamic Aggregation. The 14th International Conference On Fluidization – From Fundamentals To Products. Available at: https://dc.engconfintl.org/fluidization_xiv/129
- Desu, R. K., Annabattula, R. K. (2019). Particle size effects on the contact force distribution in compacted polydisperse granular assemblies. Granular Matter, 21 (2). doi: https://doi.org/10.1007/s10035-019-0883-9
- Olhero, S. M., Ferreira, J. M. F. (2004). Influence of particle size distribution on rheology and particle packing of silica-based suspensions. Powder Technology, 139 (1), 69–75. doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2003.10.004
- Ghadiri, M., Pasha, M., Nan, W., Hare, C., Vivacqua, V., Zafar, U. et. al. (2020). Cohesive Powder Flow: Trends and Challenges in Characterisation and Analysis. KONA Powder and Particle Journal, 37, 3–18. doi: https://doi.org/10.14356/kona.2020018
- Blott, S. J., Pye, K. (2012). Particle size scales and classification of sediment types based on particle size distributions: Review and recommended procedures. Sedimentology, 59 (7), 2071–2096. doi: https://doi.org/10.1111/j.1365-3091.2012.01335.x
- Allahham, A., Stewart, P., Marriott, J., Mainwaring, D. (2005). Factors Affecting Shear Thickening Behavior of a Concentrated Injectable Suspension of Levodopa. Journal of Pharmaceutical Sciences, 94 (11), 2393–2402. doi: https://doi.org/10.1002/jps.20374
- Betancourt, F., Concha, F., Uribe, L. (2015). Settling velocities of particulate systems part 17. Settling velocities of individual spherical particles in Power-Law non-Newtonian fluids. International Journal of Mineral Processing, 143, 125–130. doi: https://doi.org/10.1016/j.minpro.2015.07.005
- Herbert, E., Morize, C., Louis-Napoléon, A., Goupil, C., Jop, P., D’Angelo, Y. (2018). Buoyancy-driven destabilization of an immersed granular bed. Journal of Fluid Mechanics, 843, 778–809. doi: https://doi.org/10.1017/jfm.2018.141
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Eko Yudiyanto, I Nyoman Gede Wardana, Denny Widhiyanuriyawan, Nurkholis Hamidi
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
