سريع التصوير وتقنيات لدراسة تأثير انخفاض ديناميات السوائل غير النيوتونية

الهدف العام من التجربة التالية هو دراسة ديناميكيات تأثير قطرات المعادن السائلة غير النيوتونية والمعلقات الحبيبية الكثيفة باستخدام تقنية التصوير السريع. يتم تحقيق ذلك من خلال إعداد مرفق كاميرا سريع لتصور الديناميكيات اللحظية عندما تصطدم القطرات بالسطح. كخطوة ثانية ، قم بإجراء سلسلة من تجارب التأثير على المعادن السائلة لتوفير معلومات حول كيفية تأثير مرونة السطح الناجمة عن الأكسدة على نصف قطر الانتشار.

بعد ذلك ، قم بإجراء تجارب التأثير باستخدام أنظمة التعليق الكثيفة للتحقق من بداية تناثر وديناميكيات الانتشار. تم الحصول على النتائج التي تظهر معلمات السوائل المختلفة ، مثل التوتر السطحي الفعال وسرعة تأثير اللزوجة وقطر الجسيمات العالقة تتحكم معا في ديناميكيات التأثيرات للقطرات غير النيوتونية. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال التعليق الكثيف ، مثل متى يمكن وصف سلوك النظام بخصائصه العالمية أو عندما يجب أخذ الجسيمات الفردية في الاعتبار.

على الرغم من أن هذا القياس يمكن أن يوفر نظرة ثاقبة لديناميكيات تأثير السوائل المعقدة. يمكن تطبيقه أيضا على مراقبة العمليات الأخرى التي تتضمن ديناميكيات سريعة ، مثل تكوين حالات الكسر ، والقرصة الصلبة من قطرات السائل المتساقطة ، وحركة الجسيمات السريعة في أنظمة الحبيبات ابدأ بإعداد التصوير. أحد المكونات هو مسار عمودي قادر على دعم حامل مضخة الحقنة ، ومضخة الحقنة بحيث يمكن نقلها إلى ارتفاعات مختلفة لتغيير ارتفاع السقوط الحر لسائل الاختبار.

يوجد بجانب المسار إطار يدعم صفيحة زجاجية نظيفة تعمل كمستوى تأثير أفقي. تأكد من تسوية سطح اللوحة أفقيا. ضع مرآة عاكسة مائلة أسفل السطح الزجاجي لتصور تأثير السقوط من الأسفل.

بعد ذلك ، قم بإرفاق ورق أبيض غير شفاف فوق اللوح الزجاجي لعكس الضوء ، للمساعدة في عرض القاع لتصوير تأثير المعدن السائل. ضع موزع ورق شفاف مقابل اتجاه العرض للمساعدة في تصوير الرؤية الجانبية. ثم ضع مصدر ضوء في المنطقة خلف الناشر.

قم بتشغيل مصادر الضوء لإضاءة منطقة التأثير بشكل موحد. الآن قم بتسوية الكاميرا بعدسة مناسبة على حامل ثلاثي القوائم حتى تتمكن من تصوير السطح. قم بالتوصيل بالكاميرا بجهاز كمبيوتر يستخدم للتحكم والعرض.

ابدأ في تحضير العينة باستخدام الغاليوم الإنديوم أوتيك الذي تم تخزينه في حاوية محكمة الغلق في درجة حرارة الغرفة ، استخدم ماصة لاستخراج ثلاثة ملليلتر من الحاوية. احصل على صفيحة أكريليك وبثق الغاليوم الإنديوم UTA عليها. انتظر 30 دقيقة حتى تتأكسد العينة بالكامل في الهواء.

ستغطي طبقة رقيقة من الجلد المؤكسد سطح العينة بالكامل. اتخذ الاحتياطات المناسبة للعمل مع حمض الهيدروكلوريك وقم بإعداد حمام حمضي سعة 200 مل في وعاء TER. تركيز الحمام هو معلمة تجريبية.

ضع العينة في الحمام الحمضي مع العينة في الحمام. استخدم TER لقصه بمعدل 60 دورة في الثانية لمدة 10 دقائق. بمجرد غسل الحمض مسبقا ، قم بإزالة الحمام من جهاز إعادة القياس.

استخدم حقنة بلاستيكية سعة ملليلتر مع طرف فوهة فولاذية من واحد إلى ملليمترين لاستعادة العينة ، واستخراج 1.5 مل من الغاليوم الإنديوم الفعال من الحمام. العينة جاهزة الآن للاستخدام والتجارب. قم بتركيب المحقنة على مضخة الحقنة ، وإعداد عينة للتعليق الكثيف.

تبدأ التجارب بحقنة تجارية مقطوعة نهايتها لاستخدامها كأنبوب أسطواني لتوزيع التعليق لملء المحقنة. أولا ، احصل على وعاء من الماء. ضع نهاية المحقنة في الماء ، واسحب المكبس للخلف لملئه ، وتأكد من عدم وجود فقاعة هواء.

بعد ذلك ، أمسك المحقنة مع النهاية المفتوحة. ضع ثاني أكسيد الزركونيوم الكروي أو الخرز الزجاجي في المحقنة حتى تمتلئ ، مما يسمح للماء بالانسكاب. استخدم شفرة حلاقة لإزالة الجزيئات الزائدة من الأعلى للحفاظ على تلك النهاية مسطحة.

اقلب المحقنة وقم بتثبيتها على سطح المضخة. سيمنع التوتر الجسيمات من السقوط. قبل تسجيل مقاطع الفيديو ، اتخذ خطوات لضبط أنظمة التصوير والإضاءة ومعايرة الدقة المكانية.

أولا ، ابدأ تشغيل مضخة الحقنة لإخراج السائل بمعدل 20 مل في الساعة. انتظر حتى ينفصل السائل هنا ، وهو تعليق كثيف عن المحقنة ويسقط لإحداث تأثير تجريبي على سطح الزجاج. بمجرد حدوث الاصطدام ، قم بإيقاف تشغيل مضخة المحقنة.

ثم اضبط موضع الكاميرا واتجاهها حتى يظهر splat على الشاشة. بعد ذلك ، اضبط نسبة إعادة إنتاج الصورة على واحد إلى واحد وقم بتعديل مسافة العمل بحيث تكون الصورة في المستوى البؤري مع ضبط الكاميرا على إطار. تختلف الزيادة الأكبر من 6,000 إطار في الثانية حجم الفتحة والتعرض والوقت وزاوية الإضاءة للحصول على أفضل جودة للصورة.

بمجرد العثور على إعدادات الكاميرا ، ضع مسطرة في مجال الرؤية على الشاشة. استخدم المسطرة لحساب الدقة المكانية عن طريق حساب عدد وحدات البكسل التي تتناسب مع سنتيمتر واحد. تأكد من عدم وجود فرق في الدقة بين الاتجاهين الأفقي والرأسي.

بعد معايرة نظام التصوير ، أعد تشغيل مضخة الحقنة بمعدل 20 مل في الساعة. في الوقت نفسه ، قم بإعداد برنامج التحكم في الكاميرا لمراقبة عملية التأثير قبل تسجيل البيانات. تدرب على المشاهدة بعناية عندما تبدأ القطرة في التكون للسماح بالتشغيل اليدوي للكاميرا في اللحظة التي تنفصل فيها القطرة عن الفوهة.

بعد تسجيل البيانات، قم بتحرير الفيديو إلى الجزء الذي يحتوي على التأثير واحفظه كتسلسل صور للتحليل. تم استخدام تقنية التصوير السريع لدراسة تأثير الغاليوم الإنديوم الفعال بأكسيد مختلف. قوة الجلد تحددها الحمض.

الغسيل المسبق الموضح هنا عبارة عن إطارات توضح انتشار ثلاثة مستحضرات مختلفة لأنها تؤثر على سطح زجاجي. سقطت كل قطرة من نفس ارتفاع الفوهة وضربت بسرعة متر واحد في الثانية تقريبا. كان قطر السقوط الأولي 6.25 ملم بدون غسيل مسبق.

يمنع جلد الأكسيد السائل من إرخاء الطاقة السطحية مما ينتج عنه شكل كروي غير كروي أثناء مرحلة السقوط ، وغسل العينات والحمض يقلل من الأكسيد ويضعف تأثير الجلد. بتركيزات حمض قوية بما فيه الكفاية. لا يوجد فرق بين الغاليوم والإنديوم والسوائل العادية.

تسمح البيانات بإثبات الانتقال من النظام الشعري إلى النظام اللزج. تنهار البيانات إلى منحنى واحد عندما يتم رسم نسبة نصف القطر الأولي إلى النهائي pm مقسوما على رقم رينولدز إلى قوة الخمس مقابل نسبة رقم ويبر الفعال وتمت دراسة رقم رينولدز إلى بداية دفقة الطاقة الأربعة أخماس في التعليق الكثيف في النظام حيث يكون التبديد اللزج ضئيلا مقارنة بالتأثيرات بالقصور الذاتي. هذا هو مخطط طور الرش لكثافات الجسيمات المختلفة والراديو الذي يكون منتجه على طول المحور الأفقي.

المحور الرأسي هو رقم الجسيم ويبر المحدد في المخطوطة. تشير الدوائر الحمراء إلى أنه تم العثور دائما على دفقة. يظهر الجزء الداخلي صورة دفقة نموذجية.

تتوافق النقاط الزرقاء مع عدم العثور على دفقة. الإدخال الثاني هو مثال على صورة دفقة غير موجودة. يشار إلى الحالات التي تم فيها العثور على كل من الرذاذ وعدم وجود دفقة بواسطة مربعات خضراء.

تكررت التجربة 10 مرات لكل نقطة. تتوافق النتائج مع رقم ويبر الحرج البالغ حوالي 14 زائد أو ناقص اثنين. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم التدرب على عمل عيناتك وتحديد جزء التعبئة بشكل متكرر حتى تكون واثقا من أنه يمكنك عمل عيناتك باستمرار.

سيضمن ذلك أن نتائجك التجريبية ستكون قابلة للتكرار بعد تطويرها. مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في مجال السوائل المعقدة لاستكشاف ديناميكيات تأثير أنظمة السوائل المتنوعة.