همرفت دانه‌ای
همرفت دانه‌ای پدیده‌ای است که در زمان تکان دادن ظرفی حاوی مواد دانه دار مشاهده می شود؛در این پدیده،زمانی که مخلوطی از چند دانه ریز و درشت در ظرفی ریخته شود؛ با چند بار تکان دادن آن ظرف دانه‌های درشت، بدون توجه به اینکه سنگین تر یا سبک تر از باقی دانه ها باشند، به سطح ظرف آمده و باقی دانه‌ها در سطح زیرین آنها قرار می گیرند.
برای بیان این پدیده از اصطلاح های دیگری نیز استفاده می‌شود که از جمله آنها می‌توان به اثر جوز برزیلی اشاره کرد که (Brazil nuts effect) مبنای این اصطلاح از زمانی نشات می گیرد که پس از تکان دادن یک قوطی حاوی دانه‌های مغزدار و باز نمودن آن مشاهده شد که جوز برزیلی به سطح بالای قوطی آمده است. همچنین اصطلاح اثر میوسلی هم متداول است، که براساس بسته های غلات صبحانه حاوی ذرات با اندازه‌های مختلف اما چگالی مشابه شکل گرفت.پدیده جداسازی دانه ای(اثر جوز برزیل) برای اولین بار توسط براون در سال 1939 مورد مطالعه قرار گرفت و متعاقباً توسط مهندسان تا سال 1987 مورد مطالعه قرار می‌گرفت که در نهایت به عنوان "مسئله آجیل برزیلی" به جامعه فیزیک معرفی شد . اگرچه ممکن است این مسئله ساده به نظر برسد ، اما در واقع کاملاً پیچیده است و علاوه بر اینکه یک زمینه تحقیقاتی جدید است و اخیراً با ظهور آنچه "اثر معکوس مهره برزیل" نامیده می شود ، بحث و جدال زیادی ایجاد کرده است. پدیده جداسازی دانه ای(اثر جوز برزیل) برای اولین بار توسط فارادی در سال 1939 مورد مطالعه قرار گرفت. وی کشف کرد که ارتعاش یک ماده دانه‌ای می تواند سبب ایجاد همرفت در یک مقیاس بزرگ شود، همانند یک مایع که اگر حرارت داده شود؛ ذرات به طور مداوم از پایین به بالا می آیند. پس از آن تا سال 1987 این پدیده توسط دانشمندان مختلف مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. سرانجام در همین سال تحت عنوان "مسئله آجیل برزیلی" به جامعه فیزیک و سپس عموم معرفی شد.
برای بررسی پدیده همرفت دانه ای، توضیحی کوتاه درباره مواد گرانولار (دانه ای) مثمر ثمر خواهد بود. در یک دسته بندی کلی مواد به سه دسته جامد،مایع و گاز تقسیم می شوند؛هر چند بعضی از مواد که در یک گروه مشخص از این دسته بندی قرار دارند. گاها رفتار های گروه دیگری را بروز می دهند. به عنوان مثال اگر مقداری شن را در دست خود بگیرید و سپس با زاویه کمی نسبت به افق شروع به رها کردن آن ها بر سطح زمین کنید؛سقوط دانه های شن بر سطح زمین اصلا شبیه به سقوط یک سنگ یا یک جسم جامد نخواهد بود و رفتار شن ها بیشتر همانند رفتار آب هنگام سقوط یا جاری شدن خواهد بود. این رفتار به علت جمع شدن تعداد زیادی از دانه های شن در کنار یکدیگر ایجاد می شود. یک دانه شن یا چند دانه شن این رفتار را از خود بروز نخواهند داد بلکه وقتی هزاران هزار دانه شن در کنار یکدیگر قرار میگیرند, این رفتار را از خود نشان می دهند و به طور کلی هرچه تعداد دانه ها بیشتر باشد و این دانه ها ریز تر باشند( به عنوان مثال شن را با چند تکه سنگ کوچک مقایسه کنید.) این رفتار همانند آب ملموس تر خواهد بود. مواد و پودرهای گرانولار خود جمع ذرات جامد گسسته‌ای هستند که در یک مایع میان بافتی پراکنده شده اند. مواد گرانولار (به عنوان مثال ، شن و ماسه ، نمک ، شکر ، پودرهای فلزی ، دانه های شیشه ، گلوله های استیل ، دانه های قهوه ، قرص ها ، گندم و برنج) که معمولاً در زندگی روزمره دیده می شوند و به طور گسترده در بسیاری از فرآیندهای صنعتی مانند تولید دارو ، گازدهی ، تجزیه در اثر حرارت ، تولید مواد شیمیایی ، فرآوری مواد معدنی ، قالب تزریق پودر فلز ، تولید مواد افزودنی ، متالورژی پودر و همچنین برای حمل و نقل و نگهداری مواد غذایی استفاده می شوند. جریان های دانه ای در طبیعت نیز یافت می شوند. (به عنوان مثال ، بهمن ، رانش زمین و جریان آوار که می توانند باعث بلایایی شوند.) درک خصوصیات حمل و نقل و مکانیسم فیزیکی جریان های دانه ای بسیار مهم است ، با این حال ، درک ما از مواد دانه ای ضعیف است. حرکات تصادفی ذرات که ناشی از برخورد تعاملی بین ذرات هستند باعث مکانیسم تأثیر بر رفتار جریان و خصوصیات انتقال مواد دانه‌ای می‌شود. (کمپبل ، 1990) هنگامی که نیروی محرکه خارجی کم باشد ، این مواد مانند مایع به صورت همگن جریان نمی یابند. در مقابل ، اگر سیستم دانه‌ای نسبتاً رقیق شده و نیروی خارجی به اندازه کافی زیاد باشد ، ممکن است مانند گاز رفتار کنند. بعلاوه ، ممکن است مواد در صورت کمبود انرژی خارجی مانند جامد رفتار کنند. این سه حالت حرکتی ممکن است همزمان در سیستم دانه‌ای اتفاق بیفتد یا به صورت جداگانه وجود داشته باشند (Jaeger، 1996). اگرچه رفتار رئولوژیکی ماده گرانولار پیچیده است ، اما درک ماده گرانولار در بسیاری از کاربردهای صنعتی و برای حل مشکلات مختلف زیست محیطی بسیار مهم است.
این اثر در برخی از فرایندهای تولید مورد توجه قرار گرفته است؛ برای مثال می توان زمانی که یک مخلوط همگن از مواد دانه‌ای تشکیل شده است، معمولا جدایش اجزای مختلف آن نامطلوب است.
عوامل متعددی شدت اثر همرفت دانه‌ای را تعیین می‌کند که شامل : اندازه، چگالی ذرات ، فشار گازی میان ذرات و شکل ظرف است. شکل ظرف اگر مستطیل شکل یا استوانه‌ای باشد؛ اثر همرفت دانه‌ای به خوبی نمایان می‌‌شود. در تمام رودخانه ها دیده می شود که بستر رودخانه ها را لایه ای از سنگ ها و کلوخ های درشت احاطه کرده اند و در زیر آن ها سنگ های کوچکتر , شن ها , ماسه ها و...قرار دارند. در گذشته تصور می شد که علت این پدیده تنش برشی اعمال جریان آب باشد که طی آن آب دانه های ریزتر را با خود حمل کرده و سنگ ها و دانه های درشت تر را باقی می گذارد. اما یافته های جدید نشان می دهد که علت این پدیده همرفت دانه ای بوده و ایجاد لایه ای از سنگ های درشت تر همانند لایه ای محافظ از بستر رودخانه در برابر فرسایش محافظت می کند. مطالعات در محیط آزمایشگاه نشان داد که ذرات در رودها به وسیله دو مکانیسم حرکت می کنند. مکانیسم اول حرکت ذراتی که در سطح بستر رودخانه قرار دارند, توسط تنش برشی اعمالی از طرف آب است ولی علت حرکت سنگ هایی که در عمق بیشتری از بستر رودخانه قرار دارند, پدیده همرفت دانه ای است. این سنگ ها به علت این پدیده از قسمت های عمیق تر بستر رودخانه به طرف سطح بستر رودخانه حرکت می کنند.
در زمین‌شناسی، این پدیده در سرزمین‌های یخ‌زده سابق مانند نیوانگلند و در مناطقی که یخ‌ها به علت سرمازدگی به صورت هاموک در می‌آیند؛ معمول است که هر ساله سنگ‌های جدیدی از لایه‌های عمیق‌تر زیرزمین آشکار می‌شوند؛ هوراس گریلی نوشته است که "جمع‌آوری این سنگ‌ها در مزارع نیوانگلند کاری بی‌پایان است تا آنجا که در شخم زدن بعدی، سنگ‌ها و سنگریزه‌های تازه‌ای از سایز یک مغز گردوی آمریکایی گرفته تا کتری چای را پیدا می‌کنید." این پدیده عمدتا در ماه مارس یا آوریل رخ می‌دهد، زمانی که که زمین با آب یخ اشباع می‌شود، آب زیرزمینی یخ می‌زند و همه ذرات بالای آن را بالا می‌برد. زمانی که آب شروع به ذوب شدن می‌کند، ذرات کوچک‌‌تر می‌توانند در محفظه‌های باز قرار گیرند در حالی که ذرات بزرگ‌تر همچنان بالا می‌روند، تا زمانی که یخ از ذزات بزرگ‌تر پشتیبانی نکند ، آن‌ها حداقل تا حدودی توسط ذرات کوچک‌تر پشتیبانی و زیر آن‌ها لغزیده می‌شوند. چرخه تکرار یخ و ذوب در یکسال فرایند همرفت دانه‌ای را تسریع می‌کند.
این پدیده یکی از دلایل درجه‌بندی معکوس است که می‌تواند در بسیاری از شرایط از جمله مایع‌سازی خاک در هنگام زلزله یا حرکت‌های توده‌ای  مشاهده شود. همرفت دانه‌ای همچنین توسط جریان واریزه که بقایای اشباع‌شده یک زمین حرکت سریع، مایع شده مانند بتن روان است؛ مثال‌زدنی است. این جریان‌ها را می‌توانند موادی از دامنه اندازه خاک رس تا تخته سنگ از چوب درختان گرفته تا کنده درختان را حمل کنند. این جریان‌ها می‌توانند توسط باران شدید، ذوب یخبندان یا ترکیبی از این دو ایجاد شوند.
براساس تحقیقات انجام شده همرفت دانه ای متناسب با شتاب گرانشی است؛ این بدان معناست که سرعت این فرآیند تحت وضعیت های با شتاب گرانش کم، بسیار پایین خواهد بود؛ بنابراین مقیاس زمان سطح دهی توسط همرفت دانه ای بسیار طولانی می شود(هرچند مقیاس زمانی به پارامترهای مختلفی مانند میزان همرفت و.. بستگی دارد). براساس مطالعات انجام شده بر سیارک 25143 Itokawa  ثابت شد که زمان بازیابی سطح در این سیارک به این روش کمتر از میانگین طول عمر، برخورد این سیارک است؛ پس می توان گفت که همرفت دانه ای یکی از مکانسیم های کاربردی بازیابی سطح (سطح دهی) سیارک ها می باشد.
همرفت درون محیط گرانولار خشک مورد توجه علمی قابل توجهی قرار دارد، این پدیده نقش‌های مهمی در پدیده‌های جذابی مانند تفکیک، اختلاط، شکل گیری الگو و مویرگی دانه ای دارد. در خارج از دانشگاه، این امر در دستگاه‌های مختلف صنعتی مانند همزن بخاری و خشک کن و میکسر حیاتی است و همگی به طور گسترده‌ای در طیف متنوعی از صنایع مورد استفاده قرار می گیرند.
همرفت گرانولار توسط مکانیسم‌های مختلفی وابسته به دانسیته سیستم مورد نظر، هدایت می شود. به طور کلی پذیرفته شده است که فرآیندهای همرفتی در سیستم‌های با دانسیته بسته‌بندی بالاتر عمدتا توسط اثرات اصطکاکی هدایت می شوند ، در حالی که همرفت در سیستم‌های رقیق‌تر اغلب به عنوان فرایندی شبه حرارتی در " جریان‌های سیال تحت تأثیر نیروی شناوری" شناخته می‌شود. همرفت اصطکاک محوری که توسط سیستم‌های سابق به نمایش گذاشته شده‌است ، بیش از یک قرن است که به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است و درک نسبتاً قوی از این پدیده را به دست آورده‌ایم، برعکس در مورد سیستم‌های رقیق‌تر ، حجم نسبتاً کمی تحقیق وجود دارد، بنابراین پیش‌بینی و کنترل آن یک مسئله قابل توجه و مهم در دانشگاه و صنعت می‌باشد.