Simulaciones del fenómeno de segregación en apilamientos: influencia de la geometría

Abstract

Se presenta un estudio numérico del problema de la segregación por flujo en apilamientos cuasi-bidimensionales construidos vertiendo una mezcla de granos de dos tamaños diferentes, desde una altura constante. Hemos encontrado experimentalmente que el fenómeno de estratificación o bandas puede estar presente en un apilamiento de esferas de vidrio de diferentes tamaños, siempre que las partículas tengan una relación de tamaño y concentraciones apropiadas. Con el fin de comprender la influencia geométrica en el proceso de segregación y estratificación, se simula la construcción de apilamientos, empleando un método de pseudo-dinámica (PSDM). El algoritmo sólo tiene en cuenta el efecto del volumen excluido que surge cuando las partículas interactúan. Las pilas simuladas se construyen utilizando discos y durante el proceso de construcción no se calcula ninguna fuerza de interacción entre ellos. La concentración de discos pequeños y grandes es variada. También se utilizan diferentes relaciones de tamaño entre ellos. Las pilas resultantes presentan diferentes patrones de segregación en función de la concentración y el tamaño relativo de las partículas. Se discuten las condiciones de los diferentes patrones de segregación. También se realiza una comparación con los resultados experimentales propios y se discuten las ventajas y limitaciones del modelo de simulación.

We report a numerical study of the problem of flow segregation in quasi bidimensional piles built up by pouring a mix of grains of two different sizes from a constant height. We have recently found in our experiments that stratification or banding phenomenon may be present in a pile of glass beads of different sizes as long as the particles have an appropriate size ratio and concentrations. In order to understand the geometrical influence on the segregation and stratification, we simulate the construction of piles, employing a pseudo-dynamics method (PSDM). The algorithm only takes into account the excluded volume effect that arises when particles interact. The simulated piles are constructed using disks and during the process any interaction force between them is calculated. The concentration of small and big disks is varied. We also try with different size ratios between them. The resulting piles present different patterns of segregation depending on the concentration and the relative size of the particles. The conditions under which the different segregation patterns show up are discussed. A comparison of all the results obtained with our own experimental results, is also performed and the advantages and limitations of the simulation model are discussed.