Долгунин Виктор Николаевич, доктор технических наук, профессор
ул. Советская, 106/5, пом. 2, Тамбов, 392000, Российская Федерация
Viktor N. Dolgunin, D. Sc. (Eng.), Professor
Bld. 2, 106/5, Sovetskaya St., Tambov, 392000, Russian Federation
Куди Константин Андреевич, главный финансовый аналитик
пр. Мира, 69, стр. 1, Москва, 125047, Российская Федерация
Konstantin A. Kudi, chief financial analyst
Bld. 1, 69, Mira Av. Moscow, 125047, Russian Federation
Жило Андрей Андреевич, аспирант
ул. Советская, 106/5, пом. 2, Тамбов, 392000, Российская Федерация
Andrey A. Zhilo, PhD Student
Bld. 2, 106/5, Sovetskaya St., Tambov, 392000, Russian Federation
Предложено феноменологическое описание эффектов формирования кластеров и сепарации несвязных сферических частиц по размеру и плотности в слое разреженной зернистой среды под действием вибраций в условиях микрогравитации. Проведено математическое моделирование структурно-кинематических параметров зернистой среды на базе уравнения ее состояния как «газа твердых частиц», в результате которого установлено, что условием формирования кластера частиц являются достаточно высокие значения доли твердой фазы и толщины вибрирующего слоя, при которых квазитепловой поток вибрации имеет ограниченную область активного проникновения в объем слоя. Процесс сепарации является следствием квазидиффузионного взаимодействия частиц, имеющих различную скорость флуктуаций при наличии градиента доли пустот в объеме зернистой среды. Моделирование распределения частиц бинарной смеси, различающихся по размеру, проведено с использованием уравнения динамики сепарации, описывающего процесс переноса неоднородных частиц как результат сопряжения квазидиффузионных потоков сепарации и перемешивания. Результаты моделирования приведены в сравнении с экспериментальными данными, полученными при поддержке европейского космического агентства (Parabolic Flight Campaign PFC64) с использованием прибора VIP-Gran.
The paper provides the phenomenological description of the effects of cluster formation and separation of cohesionless spherical particles by size and density in a bed of a rarefied granular medium under the action of vibrations in microgravity conditions. Mathematical modeling of the structural and kinematic parameters of the granular medium is performed based on its equation of state as a “gas of solid particles”. It is established that the condition for particle cluster formation is sufficiently high values of the solid phase fraction and the thickness of the vibrating bed, at which the quasithermal vibration flux has a limited area of active penetration into the bed volume. The separation process is a consequence of the quasi-diffusion interaction of particles with different fluctuation velocity in the presence of a gradient in the fraction of voids in the granular medium. The distribution of particles of a binary mixture of varying sizes was simulated using the separation dynamics equation, which describes the transport of non-uniform particles as a result of the coupling of quasi-diffusion separation and mixing fluxes. The simulation results are compared with experimental data obtained with support from the European Space Agency (Parabolic Flight Campaign PFC64) using the VIP-Gran instrument.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.