1. تصنيع قسم اختبار حقن الغاز (انظر التخطيطي والصورة ، الشكل 2)
احفر حفرة في قاع حاوية بلاستيكية طويلة مسطحة الجدران. قم بتثبيت حاجز من خلال الجدار من خلال هذه الفتحة. قم بتثبيت تركيبات مخفضة على وصلة ضغط الأنبوب ~ 3.2 مم في مخرج تركيب الحاجز. سيكون هذا هو منفذ حقن الفقاعات / القطرات.
أدخل سلكا مطاطيا ناعما بقطر 3.2 مم بطول قصير (~ 1 سم) في وصلة الضغط ، وشد صامولة التركيب. باستخدام دبوس الخياطة ، قم بثقب ثقب رفيع من خلال الحبل المطاطي. سيكون هذا هو الصمام لحقن الفقاعات / القطرات في حاوية السوائل.
املأ الحاوية بالجلسرين إلى مستوى ~ 25 سم. صب الجلسرين ببطء كفيلم أسفل الجدار الجانبي للحاوية للمساعدة في تقليل احتباس الفقاعات في الحاوية. انتظر لمدة ~ 2 ساعة للسماح للفقاعات الأكبر بالخروج من الحاوية.
قم بتركيب كاميرا فيديو على حامل ثلاثي القوائم مواجه للحاوية ، مع عرض الجزء العلوي من السائل. قم بتركيب ضوء ساطع على الجانب الآخر من الحاوية ، في مواجهة الكاميرا (الإضاءة الخلفية). أدخل ورقة ناشر بين الضوء والحاوية لضمان إضاءة متساوية.
2. إجراء التجارب
أدخل مسطرة أو جسم مسطح بحجم معروف في حاوية الجلسرين ، فوق منفذ الحقن ، في مواجهة الكاميرا. سجل مقطع فيديو موجزا للكائن. سيعمل هذا على مقياس للتعيين من حجم الفقاعة بالبكسل وسرعة الارتفاع في px s -1 إلى m و m s -1 ، على التوالي.
استخدام حقنة بإبرة رفيعة ( على سبيل المثال ، مقياس 20). حقن فقاعات الغاز بأحجام مختلفة من خلال الصمام المطاطي في السائل. استخدم الكاميرا لتسجيل مقاطع فيديو للفقاعات التي تتصاعد عبر السائل.
امزج ألوان الطعام الزيتية مع زيت فول الصويا النباتي (أو أي زيت نباتي آخر منخفض اللزوجة). باستخدام المحقنة ، قم بحقن قطرات الزيت الملونة بأحجام مختلفة في حاوية الجلسرين. سجل مقاطع فيديو للقطرات وهي ترتفع.
3. التحليل
باستخدام برنامج مثل مشغل وسائط VLC ، قم بتصدير لقطات الصور من فيديو المسطرة (الخطوة 2.1). في برنامج تحرير الصور، قم بقياس مسافة البكسل عبر طول معروف للجهاز. يمكن بعد ذلك تحديد عامل قياس الطول على أنه ، حيث L m هو الطول المادي للكائن بالأمتار و L px هو طول الكائن بالبكسل في الصورة.
لكل فيديو لسرعة ارتفاع الفقاعة أو القطرات ، استخرج لقطات الصورة من وقت دخول الفقاعات / القطرات إلى نافذة عرض الكاميرا والخروج منها. قم بقياس أقطار الفقاعة/القطرات (الأفقية) في برنامج تحرير الصور (Dpx). قم بقياس متوسط سرعات الارتفاع (Upx) كفرق في مواضع أنف الفقاعة/القطرات مقسوما على أوقات الفيديو المنقضية بين لقطات الصورة الأولية والنهائية. قم بتحويل قيم البكسل هذه إلى قيم مادية على النحو التالي: D = sDpx و U = sUpx.
تقييم أرقام رينولدز الفقاعية والقطرات () ومعاملات السحب (المعادلة 2). ارسم هذه القيم وقارن بالنتائج النظرية من Eqn. 3. خصائص السوائل في درجة حرارة الغرفة (22 درجة مئوية) هي:
• الجلسرين: ρf = 1300 كجم م-3, μf = 3.7 كجم م-1 s-1
• الهواء: ρb = 1.19 كجم m-3
• زيت فول الصويا: ρb = 920 كجم م -3
الشكل 2 : (أ) تخطيطي و (ب) صورة للمنشأة التجريبية.
المصدر: ألكسندر إس راتنر وسانجاي أديكاري ؛ قسم الهندسة الميكانيكية والنووية ، جامعة ولاية بنسلفانيا ، يونيفرسيتي بارك ، بنسلفانيا