Dense bubble flow in a silo: an unusual flow of a dispersed medium

The dense flow of air bubbles in a two-dimensional silo (through an aperture D) filled with a liquid is studied experimentally. A particle tracking technique has been used to bring out the main properties of the flow: displacements of the bubbles, transverse and axial velocities. The behavior of the air bubbles is observed to present similarities with non-deformable solid grains in a granular flow. Nevertheless, a correlation between the bubble velocities and their deformations has been evidenced. Moreover, a new discharge law (Beverloo-like) must be considered for such a system, where the flow rate is observed to vary as D^{1/2} and depends on the deformability of the particles.Comment: 5 pages, 6 figure

Viscous fingering of miscible slices

Viscous fingering of a miscible high viscosity slice of fluid displaced by a lower viscosity fluid is studied in porous media by direct numerical simulations of Darcy's law coupled to the evolution equation for the concentration of a solute controlling the viscosity of miscible solutions. In contrast with fingering between two semi-infinite regions, fingering of finite slices is a transient phenomenon due to the decrease in time of the viscosity ratio across the interface induced by fingering and dispersion processes. We show that fingering contributes transiently to the broadening of the peak in time by increasing its variance. A quantitative analysis of the asymptotic contribution of fingering to this variance is conducted as a function of the four relevant parameters of the problem i.e. the log-mobility ratio R, the length of the slice l, the Peclet number Pe and the ratio between transverse and axial dispersion coefficients $\epsilon$. Relevance of the results is discussed in relation with transport of viscous samples in chromatographic columns and propagation of contaminants in porous media.Comment: 10 pages, 13 figure

Dense granular flow around a penetrating object: Experiments and hydrodynamic model

We present in this Letter experimental results on the bidimensional flow field around a cylinder penetrating into dense granular matter together with drag force measurements. A hydrodynamic model based on extended kinetic theory for dense granular flow reproduces well the flow localization close to the cylinder and the corresponding scalings of the drag force, which is found to not depend on velocity, but linearly on the pressure and on the cylinder diameter and weakly on the grain size. Such a regime is found to be valid at a low enough "granular" Reynolds number.Comment: 5 pages, 4 figure

Stability of a granular layer on an inclined "fakir plane"

We present here experimental results on the effect of a forest of cylinder obstacles (nails) on the stability of a granular layer over a rough incline, in a so-called "fakir plane" configuration. The nail forest is found to increase the stability of the layer, the more for the densest array, and such an effect is recovered by a simple model taking into account the additional friction force exerted by the pillar forest onto the granular layer

Dynamical Janssen effect on granular packings with moving walls

Apparent mass measurements at the bottom of granular packings inside a vertical tube in relative motion are reported. They demonstrate that Janssen's model is valid over a broad range of velocities v. The variability of the measurements is lower than for static packings and the theoretical exponential increase of the apparent mass with the height of the packing is precisely followed (the corresponding characteristic screening length is of the order of the tube diameter). The limiting apparent mass at large heights is independent of v and significantly lower than the static value.Comment: 4 pages, 6 figures. accepted for publication in Phys. Rev. Lett. (2003

Force de traînée dans un milieu granulaire ""chaud""

Nous étudions expérimentalement le déplacement à vitesse constante d'un disque intrus dans un empilement 2D dense de plus petits disques constituant un milieu granulaire modèle. Nous mesurons la force de traînée sur l'intrus, en variant sa vitesse et sa taille ainsi que la ""température"" du milieu par vibration. Deux régimes sont observés: à basse température (faibles vibrations), la force de traînée ne dépend pas de la vitesse de l'objet tandis qu'à haute température (fortes vibrations), la force de traînée présente une dépendance linéaire avec cette vitesse

Champ de vitesses et de contraintes autour d'intrus en mouvement dans un matériau granulaire

Nous étudions expérimentalement le déplacement horizontal à vitesse constante d’un objet dans une assemblée 2D dense de disques photoélastiques constituant un milieu granulaire modèle. Des études précédentes avaient permis de caractériser un écoulement similaire dans une géométrie verticale et sous gravité [1,2]. Dans cette nouvelle configuration, un capteur d’effort nous permet de mesurer la force exercée par les disques sur l’objet, pendant qu’une caméra enregistre à la fois la position des disques et le réseau des forces de contact entre ces disques. Des techniques de suivi de particules et des mesures optiques utilisant les propriétés de biréfringence des disques permettent d’obtenir les champs de vitesses des disques ainsi que les forces d’interaction. Le tenseur taux de déformation et le tenseur des contraintes peuvent alors être reconstruits localement par l’analyse des images. L’étude de ces tenseurs devrait apporter de nouveaux éléments pour mieux caractériser la rhéologie d’un matériau granulaire. [1] A. Seguin, Y. Bertho, P. Gondret and J. Crassous, Dense Granular Flow around a Penetrating Object: Experiment and Hydrodynamic Model, Phys. Rev. Lett. 107, 048001 (2011) [2] A. Seguin, Y. Bertho, F. Martinez, J. Crassous, and P. Gondret, Experimental velocity fields and forces for a cylinder penetrating into a granular medium, Phys. Rev. E 87, 012201 (2013

Dynamiques d'écoulements gaz/particules en conduite verticale

The dynamics of dry granular flows in a vertical pipe has been studied both experimentally and theoretically.At high and medium grain flow rates, one observes respectively a free fall regime and a density waves regime (sequences where dense regions and dilute zones alternate). A model has been developed to predict the relations between different parameters (flow rate, pressure, particle fraction); it demonstrates, in particular, the key part played by the interactions between air and the grains. This allows one to estimate friction forces between the grains and the walls and the various components of air and grain transport in the tube.At low grain flow rates, an intermittent compact flow where pressure and particle fraction are strongly correlated is observed. A clear amplification of the pressure and particle fraction variations as the decompaction wave propagates upwards at the onset of the flow has been observed. These results can be reproduced by numerical simulations demonstrating the key role of the interactions between air and the grains. We have realized a specific study of the variation of the screening of the grains weight in a packing inside a vertical tube in relative motion. This study demonstrates that Janssen's model remains valid over a broad range of velocities. In addition, the motion of the walls induces a readjustment of the force distribution in the packing, reaching a very reproducible state. The dependence of these results on the relative humidity has been investigated and a strong influence on the grains/walls interactions has been demonstrated.Nous étudions expérimentalement et modélisons les différents régimes d'écoulements granulaires secs dans un tube vertical.Pour des débits de grains élevés et moyens, on observe respectivement un régime de chute libre et un régime d'ondes de densité (succession de zones denses en billes et de régions plus diluées). Un modèle a été développé afin de prédire les relations entre les différents paramètres de l'écoulement (débit, pression, compacité); il démontre notamment le rôle essentiel joué par les interactions entre l'air et les grains. Il est ainsi possible d'estimer les forces de frottement entre les billes et les parois du tube ainsi que les différentes composantes du transport de l'air et des grains.Pour des débits de grains plus faibles, on observe un régime d'écoulement compact intermittent pour lequel pression de l'air et compacité sont fortement corrélées. Un fort effet d'amplification des fluctuations de pression a également été identifié lorsque l'onde de décompaction se propage vers le haut du tube au démarrage de l'écoulement. La modélisation du régime intermittent fait apparaître le rôle primordial des frottements entre les grains et les parois. Pour mieux les comprendre, une étude spécifique a été entreprise pour étudier l'évolution de l'écrantage du poids d'une colonne de grains en mouvement relatif par rapport aux parois (modèle de Janssen). Cette étude a montré que ce modèle reste valable sur une large gamme de vitesses. Par ailleurs, le mouvement des parois provoque un réajustement des distributions des forces dans la colonne, qui atteint un état d'équilibre dynamique stationnaire très reproductible. Dans toutes ces expériences, l'influence de l'humidité a également été étudiée et une forte variation de l'interaction grains/parois a été mise en évidence