بصريا على أساس توصيف الحركة الجسيمات الأولية في ركائز العادية: من الصفحي الظروف المضطربة

الهدف من هذا الإجراء التجريبي هو تحديد تأثير هندسة قاع الرواسب على حركة الجسيمات الأولية باستخدام ركائز منتظمة تتكون من طبقات أحادية من الخرز الثابت مرتبة بانتظام وفقا للتكوينات المثلثة أو التربيعية. تم العثور على حركة الجسيمات الأولية في مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية مثل الأسطح الأنظف ، أو إزالة الملوثات ، أو عمليات الترشيح ، أو الموائع الدقيقة ، بما في ذلك تجميع قوالب الجسيمات الدقيقة. الميزة الرئيسية لاستخدام الركائز العادية هي أنه يمكننا تحليل تأثير اتجاه هندسة قاع الرواسب المحلي ، وتجنب أي شكوك حول دور الحي.

نقترح طريقتين مختلفتين لتغطية مجموعة واسعة من عدد رينولدز للجسيمات ، من حد التدفق الزاحف ، إلى التدفق الخشن هيدروليكيا. يمكن أن تساعدنا نتائج هذه الطريقة أيضا في فهم تأثير هندسة السرير المحلي في عمليات الطبيعة ، مثل نقل الرواسب ، أو تآكل قاع الحبوب. يعد العرض المرئي لهذه الطريقة مهما لأن استخدام مقياس الريومتر الدوراني ، على سبيل المثال ، قد لا يكون شائعا في التطبيقات الهيدروديناميكية للجسيمات.

ستظهر الطريقة مع نفق الرياح جيون هان ، طالبة دراسات عليا من مختبرنا أنهت للتو أطروحة الماجستير الخاصة بها حول هذا الموضوع. تتم هذه القياسات في مقياس متغير دوراني. يتم تعديل مقياس الريومتر ليشمل حاوية شفافة دائرية مخصصة.

هناك شريحة مجهر مدمجة لتحسين التصوير. يحتوي الجزء السفلي من الحاوية على ركيزة منتظمة ، ومن الأمثلة على ذلك في هذا التخطيطي ، والذي يوفر نظرة عامة على الإعداد ، بما في ذلك الكاميرتين الرقميتين ومصدري الضوء. جهز مقياس الريومتر للتشغيل العادي.

ثم ضع محولا مخصصا على لوحة مقياس الريومتر ، وقم أيضا بتركيب الحاوية مع الركيزة أعلى اللوحة. تأكد من أن شريحة المجهر تواجه الكاميرا. ابدأ تشغيل مقياس الريومتر وبرنامجه ، وقم بتهيئته ، واضبط درجة حرارته.

بعد ذلك ، احصل على القرص الدوار المخصص. هذه هي صفيحة زجاج الأكريليك الشفافة بقطر 70 ملم مثبتة على صفيحة قطرها 25 ملم. قم بتركيب هذا وقم بتعيين نقطة مرجعية للارتفاع.

ثم ارفع القرص الدوار وقم بإزالته. التحضير الكامل عن طريق ملء الحاوية بزيت السيليكون. ابدأ العمل مع نظام التصوير.

يتضمن ذلك كاميرا CMOS وعدسة موضوعية مع رؤية علوية في الحاوية. تحتوي الكاميرا الثانية عالية السرعة على رؤية جانبية للحاوية. المنظر من خلال شريحة المجهر.

قم بتشغيل وضبط مصباح الزينون ومؤشر LED لإضاءة الحاوية. استخدم برنامج التصوير في كاميرا CMOS لتصور الركيزة. اضبط المرحلة الرأسية لجعلها في نطاق التركيز.

بعد التركيز ، حدد مركز الركيزة. ضع كرة زجاجية مبطنة بالصودا مميزة بعناية في الموضع. استمر بإعادة تركيب القرص الدوار على مقياس الريومتر بملليمترين فوق النقطة المرجعية للارتفاع.

أخيرا ، قم بإجراء أي تعديلات على كاميرا الرؤية الجانبية. أدخل نطاق سرعة الدوران ، وقم ببرمجة زيادة خطية في سرعة الدوران ، وابدأ القياسات. ابدأ في تسجيل تسلسل فيديو من كلتا الكاميرتين ، وراقب الفيديو المباشر من إحداهما.

عندما تحل الخرزة من وضع توازنها ، أوقف القياس ولاحظ سرعة الدوران ، وهي سرعة الدوران الحرجة. ثم توقف عن تسجيل مقاطع الفيديو. أثناء تحليل البيانات ، قم بتحميل مقاطع الفيديو المسجلة في روتين معالجة الصور المخصص للمساعدة في تحديد وضع الحركة الأولية.

قم بإجراء قياسات النظام المضطرب في نفق رياح منخفض السرعة مخصص. يحتوي على قسم اختبار نفاث مفتوح مع ركيزة منتظمة تتمركز بداخله. تدعم المراحل الخطية والرأسية والأفقية مقياس شدة الريح والأجهزة الأخرى في قسم الاختبار.

تثبيت الكاميرا عالية السرعة مع عدسة ماكرو على جانب واحد. يوفر هذا التخطيطي نظرة عامة على المعدات. لاحظ أن إشارة مقياس شدة الريح يتم إدخالها إلى راسم الذبذبات والكمبيوتر.

حدد مكان وضع حبة الألومينا المميز على الركيزة. حدد النقطة على طول المحور المركزي للركيزة و 110 ملم من الحافة الأمامية وضع الخرزة هناك. استخدم الكاميرا عالية السرعة ، واضبط مصدر ضوء LED للحصول على صورة واضحة ومركزة للحبة وعلاماتها.

ابدأ تشغيل مروحة نفق الرياح أقل بكثير من سرعة المروحة الحرجة التقريبية. راقب الخرزة وقم بزيادة سرعة المروحة من أربعة إلى ستة دورات في الدقيقة كل 10 ثوان. ابدأ التسجيل باستخدام برنامج التصوير عندما تكون قريبة من الظروف الأولية.

توقف عن زيادة سرعة المروحة عند حدوث حركة أولية ، ولاحظ قيمة السرعة الحرجة ، وأوقف الفيديو. مرة أخرى ، لتحليل البيانات ، استخدم برنامجا مخصصا لتحليل الفيديو المسجل ، وتحديد وضع الحركة الأولية للحبة. الآن ، اعمل مع مقياس شدة الريح باستخدام مسبار سلك ساخن مصغر.

قم بتبديل وظيفة التحكم الخاصة بها إلى وضع الاستعداد واضبط المقاومة لنسبة ارتفاع درجة الحرارة بنسبة 65٪ قم بإزالة الخرزة المميزة من الركيزة. حرك مقياس شدة الريح لوضع مسبار السلك الساخن في موضعه الأولي. لمعايرة مقياس شدة الريح ، يجب أن يكون المسبار في منطقة التيار الحر.

هنا ، يجب أن يكون المسبار على الأقل 10 ملليمترات فوق الركيزة. قم بتشغيل المسبار ، وابدأ تشغيل المروحة بسرعة دوران تبلغ 200 دورة في الدقيقة. ثم استخدم مقياس شدة الريح المكره في تيار الهواء.

اقرأ وسجل سرعة التيار من مقياس شدة الريح المكره. بالإضافة إلى ذلك ، اقرأ وسجل جهد مسبار الأسلاك الساخنة على راسم الذبذبات. كرر تسجيل قراءات مقياس شدة الريح بزيادات قدرها 50 دورة في الدقيقة في سرعة الدوران حتى 450 دورة في الدقيقة.

استخدم البيانات لإنشاء منحنى معايرة. راقب المسبار بالكاميرا ، وخفضه في أقرب وقت ممكن من سطح الركيزة دون لمسه. ابدأ تشغيل المروحة بالسرعة المتوسطة للحركة الأولية وابدأ في جمع بيانات المسبار.

بعد كل مجموعة بيانات ، قم بزيادة ارتفاع المسبار ، وكرر جمع البيانات. هذه اللقطات ذات الرؤية العلوية هي لخرزة ملحوظة على سطح تربيعي أثناء الحركة الأولية في التدفق الرقائقي. يتتبع البرنامج الميزات الموجودة على الجسيم ومركز الكتلة.

تسمح البيانات بتحديد زاوية الدوران كدالة للمسار ، وتتبع عن كثب توقعات حركات التدحرج النقية المشار إليها بالخط المنقط. هذه لقطات جانبية مماثلة لحبة ألومينا ملحوظة على سطح تربيعي في تدفق مضطرب. في هذه الحالة ، يبدو أن الخرزة تقوم بحركة متدحرجة نقية فقط في وقت مبكر من حركتها.

وضع مخطط لمتوسط الوقت لملف تعريف السرعة حسب التيار ، الدوائر ، باستخدام بيانات من مقياس شدة الريح بدرجة الحرارة الثابتة. هنا ، يكون الخط الصلب مناسبا باستخدام قانون السجل اللوغاريتمي ، و Xs الأزرق مناسب باستخدام قانون الجدار المعدل. يتم استنتاج سرعة القص اللازمة لتحديد رقم الدروع الحرجة من النوبات.

هنا ، يقترح كلا قانوني الجدار قيما متشابهة لسرعة القص. فيما يلي مخطط لمتوسط المربع الجذر لملف تعريف السرعة حسب التيار ضمن نطاق ارتفاع صغير. تبلغ الطبقة الفرعية اللزجة المقاسة حوالي 1/4 ملليمتر ، مما يشير إلى أن الخرزة المتنقلة تتعرض بشكل أساسي لتدفق مضطرب.

لا يستغرق كل قياس في مقياس الريومتر أكثر من خمس دقائق إذا تم إجراؤه بشكل صحيح. ومع ذلك ، قد تستغرق التجارب في نفق الرياح حوالي خمس ساعات ، لأن قياس الطبقة الحدودية عملية معقدة. يعد الإعداد الصحيح للفجوة في مقياس الريومتر أمرا بالغ الأهمية لتجنب أي خطأ منهجي عند حساب معدل القص الحرج وأرقام الدروع الحرجة.

في نفق الرياح ، يريد الذي لديه المعايرة أن يتم إجراؤه بعناية لتحديد سرعة القص. يوصى بإجراء معايرة قبل القياس وبعده ، للتأكد من عدم حدوث تغييرات كبيرة أثناء القياس. بعد الإجراء في نفق الرياح ، يمكن استخدام معايير أخرى تتجاوز الدروع الكلاسيكية للدلالة على الحركة الأولية.

يمكن اعتماد المدخلات أو معايير الطاقة حيث يمكن قياس مدة الأحداث بواسطة مقياس شدة الريح الحراري. يمكن أن توفر النتائج نظرة ثاقبة مهمة حول كيفية عمل القوى وعزم الدوران على شيء معين بسبب التدفق المضطرب اعتمادا على هندسة الركيزة. يمكن استخدام النتائج كمعيار لنماذج أكثر تعقيدا.

بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تحديد الاستدلال بشكل منهجي على هندسة قاع الرواسب على حركة الجسيمات