Simuleringar i gränslandet mellan flytande och fast fas

Granulära material såsom sand, träflis, frön, olika pulver och pellets är mycket vanliga i industriella tillverkningsprocesser. Att förstå hur dessa material beter sig under olika förhållanden är därför mycket viktigt av såväl vetenskapliga som ekonomiska skäl. Fysikern Daniel Vågberg har i sin avhandling gjort simuleringar för materialens övergång från flytande till fast fas.

Granulära material är ämnen som består av ett stort antal fasta makroskopiska partiklar. Dessa material uppvisar väldigt spännande fysikaliska beteenden då de ibland kan ”flyta” nästan som vätskor och ibland låsa sig, ”jamma”, så att de mer liknar fasta material. De är varken fasta, flytande eller gasformiga material, men de delar egenskaper med dem.

I sin avhandling undersöker Daniel Vågberg med hjälp av avancerade datorsimuleringar jamming-övergången, det vill säga när ett granulärt material övergår från att vara i ett löst flytande tillstånd till ett fast ”jammat” tillstånd. I avhandlingen jämför Daniel Vågberg olika modeller för att representera granulära material i datorsimuleringar och hur dessa kan användas för att beräkna olika fysikaliska parametrar associerade med jamming-övergången.

Modellerna som används är väldigt förenklade beskrivningar av granulära material. Ett av syftena med studien var nämligen att se hur mycket modellerna går att förenkla och vad man kan ändra i modellerna utan att det observerade jamming-fenomenet ändras.

En typisk situation där jamming ofta uppkommer är om man försöker hälla ett granulärt material igenom en trång öppning.

– Ta till exempel en påse med riskorn, om man klipper ett litet hål i hörnet och sedan försöker hälla ut riset ur påsen så kommer bara några få korn att rinna ut, även fast hålet är flera gånger större än storleken på riskornen. I det här fallet har riset ”jammat” och man måste skaka påsen för att fler riskorn ska falla ut. Om man i stället gör hålet lite större så kommer riset att rinna ut betydligt lättare ur påsen, förklarar Daniel Vågberg.

Den här typen av vardagsfenomen är förvånansvärt komplicerade och det är fortfarande många aspekter av jamming som inte är helt utredda.

Daniel Vågberg är uppvuxen i Örnsköldsvik, och har studerat vid Umeå Universitet sedan 2002. Han tog civilingenjörsexamen i teknisk fysik 2009, och har sedan dess forskat vid institutionen för fysik.

Om disputationen:
Fredagen den 17 januari försvarar Daniel Vågberg, institutionen för fysik, Umeå Universitet, sin avhandling med titeln: Jamming and Soft-Core Rheology. Svensk titel: Jamming och reologi i system av elastiska partiklar. Disputationen äger rum klockan 10:00 i sal KB3A9, KBC-huset. Fakultetsopponent är professor Vincenzo Vitelli, Lorentz Institute, Leiden University, Nederländerna. Huvudhandledare är docent Peter Olsson.

För mer information, kontakta gärna:
Daniel Vågberg, institutionen för fysik
Telefon: 070-240 21 83
E-post: daniel.vagberg@tp.umu.se

Högupplöst porträttfoto. Foto: Ingrid Söderbergh

Läs hela eller delar av avhandlingen