The Dynamics of Granular Flow in Hopper Silos

ABSTRACT: Particle Image Velocimetry (PIV) based experimental tests have been used to investigate the granular flow properties in a half model smooth-sided silo hopper. This paper shows that the flow patterns and dynamic flow properties of a model silo system under natural gravity can be effectively captured using PIV. The technique appears to be a valuable additional tool for practical and experimental capture of the material flow. The results in the paper show that the flow mechanisms in a silo are quite complex and vary temporally and spatially. Three distinct zones of behaviour were observed: a) an upper inflow zone, b) a narrow vertical funnel flow zone and c) a near static stagnant zone. The characteristics of these flow zones are likely to be influenced by the material and geometric properties of the silo. Additional testing will be conducted by the researchers with other materials, silo geometries and enhanced gravities in the centrifuge, to further understand the physical processes involved and the limitations of the experimental methods.

RÉSUMÉ: Des tests expérimentaux basés sur la vélocimétrie par image des particules (PIV) ont été utilisés pour étudier les propriétés d'écoulement granulaire dans une demi-trémie de silo à parois lisses. Cet article montre que les modèles d'écoulement et les propriétés d'écoulement dynamique d'un système de silo modèle sous gravité naturelle peuvent être efficacement capturés à l'aide de PIV. La technique semble être un outil supplémentaire précieux pour la capture pratique et expérimentale du flux de matière. Les résultats de l'article montrent que les mécanismes d'écoulement dans un silo sont assez complexes et varient temporellement et spatialement. Trois zones de comportement distinctes ont été observées: a) une zone d'entrée supérieure, b) une zone d'écoulement en entonnoir vertical étroit et c) une zone stagnante presque statique. Les caractéristiques de ces zones d'écoulement sont susceptibles d'être influencées par les propriétés matérielles et géométriques du silo. Des tests supplémentaires seront effectués par les chercheurs avec d'autres matériaux, des géométries de silos et des gravités améliorées dans la centrifugeuse, pour mieux comprendre les processus physiques impliqués et les limites des méthodes expérimentales.