Bitte benutzen Sie diese Referenz, um auf diese Ressource zu verweisen: doi:10.22028/D291-22957
Titel: Experimental investigations of mechanical properties of wet granular materials
Sonstige Titel: Experimentelle Untersuchungen der mechanischen Eigenschaften feuchter Granulate
Verfasser: Karmakar, Somnath
Sprache: Englisch
Erscheinungsjahr: 2014
SWD-Schlagwörter: Granulat
Mechanische Eigenschaft
Tomographie
Freie Schlagwörter: feuchte Granulate
Kapillarkohäsion
Röntgentomographie
sheared wet granulates
capillary forces
X-ray tomography
DDC-Sachgruppe: 530 Physik
Dokumentart : Dissertation
Kurzfassung: Adding small amount of wetting fluid to dry granulates typically leads to the granular stiffness which arises due to minute liquid contacts formed between individual granules by the virtue of capillary forces. We experimentally study the mechanical properties of different wet granulates, composed of monodisperse spherical glass or basalt beads. The glass microspheres are almost perfectly wetted by water whereas the basalt microspheres have a rather large contact angles with water. The different wettability causes a difference in the shape and volume distribution of the appeared liquid morphologies. We have investigated the shear strength, measured under cyclic shear deformation for various system parameters like liquid content, shear rate and absolute pressure. At large absolute pressures, the associated energy dissipation of a sheared wet granulate is considerably smaller than that of a completely dry bead pack; where the wetting liquid might act as ‘liquid lubricant’ by lowering the wet bead pile’s shear stiffness. With time resolved X-ray microtomography, we could shed some light on the underlying microscopic mechanisms of the sheared wet granulates. We could identify that there is a volume-exchange process, occurring between distinct liquid morphologies within sheared wet glass bead piles. But, no such evolution dynamics of the distributed liquid volumes is observed for the sheared wet basalt bead assemblies.
Bei Zugabe von kleinen Mengen einer benetzenden Flüssigkeit zu einem trockenen Granulat entsteht ein feuchtes Granulat mit erhöhter mechanischer Festigkeit. Der Grund dafür ist die attraktive Kapillarkohäsion aufgrund von Flüssigkeitsbrücken, die sich zwischen den einzelnen Ganulatkörnern ausbilden. Im Rahmen dieser Arbeit werden die mechanische Stabilität feuchter Granulate, bestehend aus monodispersen Glas- und Basaltmikrokugeln, unter zyklischer Scherung in Abhängigkeit unterschiedlicher Systemparameter wie Flüssigkeitsgehalt, Scherrate und Absolutdruck untersucht. Das Glasgranulat wird durch die verwendete Flüssigkeit (Wasser), nahezu vollständig mit geringer Kontakwinkelhysterese benetzt. Das Basaltgranulat weist eine geringere Benetzbarkeit und eine größere Kontakwinkelhysterese auf. Bei geringen Absolutdrücken ist die Energiedissipation in einem gescherten feuchten Granulat gegenüber einem trockenen Granulat deutlich erhöht. Bei großem Absolutdruck steigt die Energiedissipation an, kann aber bei einem feuchten Granulat wesentlich langsamer ansteigen als bei einem trockenen Granulat. Die Benetzungsflüssigkeit kann sich hierbeiwie eine ‘Schmierflüssigkeit’ verhalten. Interessanterweise beobachten wir zusätzlich einen Einfluss der aufgeprägten Scherrate auf die gemessene Scherfestigkeit der gut benetzbaren Glaskugelgranulate; während die Scherfestigkeit von schlechter benetzbaren Basaltkugelgranulaten unabhängig von der aufgeprägten Scherrate ist. Mit Hilfe ultraschneller Röntgenmikrotomographie konnten die Reorganisationsprozesse in gescherten feuchten Granulaten in Echtzeit bestimmt werden. Die Analyse der tomographischen Daten zeigte, dass während der kontinuierlichen Scherung eines benetzenden Glaskugelgranulats ein Flüssigkeitsaustauschprozess zwischen den einzelnen Flüssigkeitsstrukturen stattfindet. In einem gescherten Basaltkugelgranulat mit größerem Kontaktwinkel konnten hingegen keine derartige zeitliche Entwicklung der Flüssigkeitsstrukturen beobachtet werden.
Link zu diesem Datensatz: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-58074
hdl:20.500.11880/23013
http://dx.doi.org/10.22028/D291-22957
Erstgutachter: Seemann, Ralf
Tag der mündlichen Prüfung: 16-Mai-2014
SciDok-Publikation: 30-Mai-2014
Fakultät: Fakultät 7 - Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät II
Fachrichtung: NT - Physik
Ehemalige Fachrichtung: bis SS 2016: Fachrichtung 7.2 - Experimentalphysik
Fakultät / Institution:NT - Naturwissenschaftlich- Technische Fakultät

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