Disputas: Øistein Johnsen

Prøveforelesning

Bedømmelseskomité

Henri Van Damme, ESPCI, Paris
Erik Skjetne, Statoil
Tom Henning Johansen, Fysisk institutt, Universitetet i Oslo

Leder av disputas:  Eivind Osnes

Veileder:  Knut Jørgen Måløy, Renaud Toussaint, Eirik Grude Flekkøy

Sammendrag

I nært samarbeid med IPGS ved universitetet i Strasbourg, har vi ved gruppen for Avanserte Materialer og Komplekse Systemer (AMKS) på Fysisk Institutt, Universitetet i Oslo, utført detaljerte eksperimentelle og numeriske studier av hvordan granulære materialer strømmer under påvirkning av strømmende gas innenfor lukkede eller delvis lukkede kanaler.

Granulære materialer er ansamlinger av partikler med diameter i størrelsesorden fra en mikrometer opp til flere meter, og kan være alt fra kaffe, piller, kornblanding, snø, pukk og grus, til ispartiklene/blokkene som utgjør Saturns ringer. Granulære materialer er ekstremt komplekse og er den dag i dag fortsatt en rimelig dårlig forstått gruppe av materialer, til tross for deres betydelige sosiale og økonomiske omfang: Det er store industrielle utfordringer knyttet til håndtering av granulære materialer, innen alt fra matvare- og legemiddelindustrien, til tungmetall- og oljeindustrien. Omkring 10% av energi produsert på jorden går med til å behandle og transportere granulære materialer. En rekke naturkatastrofer som jordskred er granulære materialer ute av kontroll. For ikke å snakke om ørkenutbredelse i mange av jordens fattigste land.

Et av de studerte fysiske systemene viser at dynamikken til et granulært materiale under injeksjon av gass er svært sensitiv til injeksjonstrykket og dimensjonene til kanalen. Det observeres ren filtrering av gass gjennom porerommet mellom partiklene ved lavt trykk, og høyst ustabile og kraftig eroderte forgrenede fortrengnings mønstre ved høyt trykk. Overgangen mellom de forskjellige strømnings oppførslene er direkte styrt av to de to kontroll parametrene; injeksjonstrykk og kanaldimensjoner. Dette kan trekkes paralleller til en del geologiske prosesser som væske invasjon i sedimentære bergarter, hydraulisk oppsprekking og sand produksjon som en bieffekt ved olje utvinning.

Et annet system som er av fundamental interesse er et system hvor små partikler posisjonert over luft faller i gravitasjonsfeltet og fortrenger lufta opp. I en slik prosess oppstår en kompleks dynamikk mellom partikler og luft: de fallende partiklene samler seg i bånd mens den oppadstrømmende gassen danner bobler som vokser med tid. Etter hvert oppnåes en ”stabil” tilstand der boblestørrelsen holder seg konstant ved at store bobler kveler de mindre og at bobler deles i to når de når en viss størrelse. Dynamikken og den stabile boble størrelsen styres av partikkelstørrelsen.

I tillegg til kvalitative og kvantitative eksperimentelle resultater foreslår vi matematiske modeller som utgjør rammeverket for sammenliknende numerisk analyse med særdeles god overenskomst.

Kontaktperson

For mer informasjon, kontakt Gyri Nørbech.