Waiting
登录处理中...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

ההשפעות של התחומים צניחה חופשית על בריכה עמוק נוזלי עם נוזל שינו ותנאי השטח Impactor

Published: February 17, 2019 doi: 10.3791/59300
Automatic Translation
, ,
1Department of Mechanical and Aerospace Engineering, University of Central Florida

Summary

פרוטוקול זה מדגים את ההגדרות הבסיסיות ניסיוני עבור המים ערך ניסויים עם כדורים צניחה חופשית. נידונות שיטות משינוי משטח נוזלי עם בדים נחדרת, הכנת כימי ללא הרטבה הספירות, והשלבים לחילוץ ויזואליזציה ונתוני הפתיחה.

Abstract

ההשפעות אנכי של התחומים על מים נקיים כבר הנושא של רבים חקירות כניסה של מים, אפיון היווצרות חלל, התז הכתר ורוחב וורת'ינגטון סילון יציבות. כאן, אנו להקים פרוטוקולים ניסיוני לבחינת הפתיחה dynamics בעת נפילה חופשית חלקה ספירות של wettability בדרגות שונות, מסה, השפעת קוטר פני השטח חינם של בריכת עמוק נוזלי שונה על-ידי בדים נחדרת דק, פיתחה נוזלי. חקירות הזנת מים מספקים ניסויים נגיש, התאספו בקלות, להורג לומד מכניקת הזורמים מורכבים. אנו מציגים בזאת פרוטוקול tunable עבור אפיון גובה הפתיחה, זרימה ההפרדה מדדים, ו impactor קינמטיקה ותוצאות נציג אשר עשוי לרכוש אם מתרבה הגישה שלנו. השיטות ישימות בעת הפתיחה אופיינית מידות להשאר מתחת כ 0.5 m. עם זאת, פרוטוקול זה עשוי להיות מותאם לפסגות שחרור impactor, המהירות, אשר מבשרת טובות לתרגום הימיים תוצאות ויישומים בתעשייה.

Introduction

אפיון dynamics הפתיחה הנובעים אנכי ההשפעות של חפצים מוצקים על בריכת עמוק נוזלי1 ישימה ליישומים צבאיים, ימיים ותעשייתיים כגון טילים בליסטיים השקה הפוסט ו ים משטח נחיתה2, 3,4,5. המחקרים הראשונים של מים ערך נערכו טוב לפני יותר ממאה6,7. כאן, אנו להקים פרוטוקולים ברור מעמיק ו- best practices להשגת תוצאות עקביות לחקירות הזנת מים. כדי לסייע חוקי תכנון ניסויים, שיטה מוצג עבור תחזוקה של תנאים סניטריים, שינוי של התנאים פנים, שליטה על פרמטרים שהוא, שינוי כימי של משטח impactor, והדמיה של splash קינמטיקה.

ההשפעות אנכי של התחומים הידרופילית צניחה חופשית על הנוזל השבתה הדרגתית מראים שום סימן של מלכודת האוויר במהירויות נמוכות8. אנו מוצאים כי המיקום של בדים נחדרת דק על גבי המשטח נוזלים גורמת היווצרות חלל עקב זרימה מאולצת הפרדה1. כמות הדל של בד על פני מגביר להתיז על פני טווח של מספרים וובר מתון בעוד שכבות מספיקות נחלש מתיז הספירות להתגבר על הגרירה-כניסה נוזלים1. במאמר זה, נסביר פרוטוקולים מתאימים להקמת את ההשפעות של חוזק חומרים על כניסת מים הספירות הידרופילית.

חלל ויוצרים פרצים מ הידרופוביות impactors להראות הכתרתה של כתר הפתיחה מפותח, ואחריו בליטה של המטוס העיקרי גבוה מעל פני השטח כאשר לעומת עמיתיהם שלהם מים-חן8. כאן, אנו מציגים גישה להשגת מים repellency דרך כימית שינוי פני השטח של הספירות הידרופילית.

עם כניסתו של מצלמות מהירות גבוהה, ויזואליזציה הפתיחה ואפיון הפכו יותר להשגה. למרות זאת, מבוססת תקנים בתחום קוראים לשימוש של מצלמה בודדת אורתוגונלית לציר הראשי של נסיעות. אנו מראים כי השימוש של מצלמת מהירות גבוהה נוספים עבור תצוגות ממעל יש צורך adjudge הספירות להכות את המיקום המיועד.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. הגדרת הניסוי עבור השפעות אנכי

  1. למלא מיכל מים שקוף של מידות כ 60 ס"מ x 30 ס מ x 36 ס מ (אורך x משקל x עומק) עם 32 לליטר מים, הר סרגל מד ('סולם חזותי') אנכית בתוך המכל כך הבסיס יושב על גבי הנוזל, כפי שניתן לראות באיור 1a.
    הערה: עומק ורוחב של הטנק חייב להיות גדול מ- 20 פעמים הקוטר של מרחבי הגדול בשימוש הניסוי כדי להבטיח קיר תופעות זניח9. מהירויות ערך גדול יותר מאשר אלה המתוארים כאן רצון מחייבים טנק ועומק. הסולם חזותי המשמש לקביעת גבהים טיפה וכיול של תוכנת מעקב נדון בסעיף 7.
  2. המקום סרגל מד נוספים מתחת למים, אשר יכול לפעול להגדלת מידות. סולם חזותי זה משמש לכיול מעקב תוכנה למדידות מתחת למים.
  3. לבנות פלטפורמה צירים ('מנגנון השחרור") משהה את הספירות מעל הנוזל, מסובב כלפי מטה, כדי להשיג יותר כוח המשיכה במיקום impactor כאשר שוחרר, וקולו האצת כפי שניתן לראות באיור 1a. סיבוב מהיר מושגת על-ידי חיבור פלטפורמת תלייה למרכז של הרכיב תמיכה באמצעות גומיות. התוצאה היא impactor לא נתמך, לא מסתובב.
    הערה: פלטפורמת בקלות מפוברק עם מדפסת תלת-ממד.
  4. לניסויים ההשפעה, במקום האגודל בסיס של פלטפורמת תלייה, לסובב אותו ב- 90° למיקום האופקי למיקום של ספירות מעל הנוזל.
    שים לב: התנצלות מופעלת כאשר האגודל הוא שוחרר מן הבסיס של הפלטפורמה.
  5. מוספית את מנגנון השחרור כדי עמדה אביק, כך ניתן להתאים את המכשיר לגבהים שונים.
  6. המקום התשובה לעמוד ליד הטנק כך מנגנון השחרור נמצא אותו מישור עומק כקנה המידה חזותי. להוסיף משקל הבסיס של העמדה אביק כנדרש, כדי למנוע הפלת.
  7. התאם את מנגנון השחרור עד לגובה המרבי הרצוי ושחרר ניסיוני. זה הוא הכרחי עבור ויזואליזציה אופטימלית התזה כמפורט בסעיף 6 ומבטיחה שהמאפיינים הפתיחה של עניין הם תמיד בתוך מסגרת צפייה של המצלמה.
  8. צרף רב הוביל אור זרוע לבטא כך האור נטענה מעל המצלמה, להסתכל למטה אל השפרצה. תאורת לבד לא מספיק להאיר את הסצנה במחירים מסגרת גבוהה נדרשת כדי לחלץ הפתיחה קינמטיקה.
    הערה: אחד לא יכול להיות יותר מדי אור.
  9. במקום מסך שחור בתוך מיכל המים כדי לסייע ויזואליזציה הפתיחה, חלל, כפי שניתן לראות באיור2.
  10. הצב בולם זעזועים הגנה על זכוכית, כגון ספוג תאים סגורים, בתחתית מיכל מים ולצרף עם משקולות כדי למנוע את התחדשות.
    הערה: גובה הנוזל במיכל צריך להיות כזה כי הספירה אינו פועל עם בולם זעזועים לפני קמצוץ לחלל האוויר את10.

2. שליטה הפרמטרים שהוא

  1. לערוך ניסויים עם הספירות חלקה של ההמונים קטרים שונים. בשביל זה, polyoxymethylene (למשל, דלרין) מטבע להכנת כדורי עובד טוב במיוחד ויש אין קו חלק עובש. למדוד גושים, קטרים עם איזון האנליטי, caliper ורניה, בהתאמה.
  2. לערוך ניסויים על טווח גבהים H כדי ליצור המהירות Equation 1 בו Equation 2 m/s2 הוא התאוצה בשל כוח המשיכה. למדוד את גובה עם קנה המידה חזותי בתוך מסגרת המצלמה.
    הערה: השתמש בתכונה אוטומטי מעקב בכלי ניתוח וידאו כפי שפורט בסעיף 7 כדי למדוד את המהירות.
  3. לערוך ניסויים עם נוזל תערובות של מים, פיתחה מתאים (למשל, גליצרין או סבון) כדי לשנות את מתח הפנים. מודדים מתח עם tensiometer פני השטח.
  4. לחשב את מספרי ריינולדס Equation 3 ומספרים וובר Equation 4 , שבו ρ היא צפיפות הנוזל, D הוא קוטר כדור, μ הוא צמיגות דינאמית של נוזל, σ מתח הפנים של הנוזל.

3. שמירה על תנאים סניטריים ניסיוני

  1. לערוך ניסויים בעת לבישת תעשייתי nitrile כפפות ולאחזר הספירות ממיכל מים עם סקופ מנוקה.
    התראה: העור באופן טבעי מייצרת שמנים אשר יכולים להשפיע על wettability של impactors. ויכתים תנאים נוזלים.
  2. לנקות את הכדורים עם 99% אלכוהול איזופרופיל ולאפשר לייבוש על 1 דקות בין ניסויים לצמצם את ההשפעה של זיהומים.
  3. אם באמצעות בדים כי להתפרק תוך כדי המכה, להחליף את המים במיכל אחרי כל משפט אם שאריות אין אפשרות לאסוף באופן ידני.
  4. בסוף הניסוי, לרוקן את המיכל ולהשאיר לו להתייבש.
  5. לפני ניסוי, לנקות את המיכל במים כדי להסיר כל הטומאות.

4. שכבות את השטח עם בדים נחדרת

  1. להפריד את הבד לתוך כיכר או עגולה עננים נים לקראת מבחנים ההשפעה. השתמש caliper ורניה דחוס עובי הבד.
    הערה: עובי הבד ישתנה כאשר הוא רטוב.
  2. לנוח בעדינות את המרקם יבש על גבי המשטח של הבריכה נוזלי. ודא עננים נים לא מתחילים את הירידה לפני שחרורו impactor להחליף בדים מיד לאחר התנגשות.
  3. השתמש סקופ מנוקה כדי למקם את הבד מתחת לרציף צירים לפני שחרור הספירות.
  4. (אופציונלי) לבצע את הבדיקות הבאות באמצעות דגימה בד עבור אפיון חומרים.
    1. לבצע בדיקות באמצעות כבודק מתיחה כדי לקבוע את הנפח של המדגם.
    2. השתמש מיקרוסקופ דיגיטלי כדי לקבל תצפית מיקרוסקופית של הבד, לקבוע אורך סיבים באמצעות כלי דימות.

5. הכנת הספירות כימית הידרופובי

  1. תרסיס הבסיס הידרופובי מעיל כ 15-30 ס מ פני כדור. הימנע לספוג את פני השטח. . תן לזה להתייבש 1\u20122 דקות לפני הוספת ציפויים נוספים. החלת שתי שכבות בסיס נוסף. לאפשר לו להתייבש במשך 30 דקות לפני החלת השכבה העליונה.
    הערה: המספר של השטח נוספים עשויים להשתנות בהתאם להמלצות יצרן המוצר.
  2. תרסיס העליון הידרופובי מעיל כ 15-30 ס מ מפני הקרקע. הימנע לספוג את פני השטח. . תן לזה להתייבש למשך 1-2 דקות לפני הוספת ציפויים נוספים. להחיל ציפוי עוד שניים או שלושה של המעיל העליון. אפשר להתייבש למשך 30 דקות לשימוש אור ו- h 12 לשימוש מלא.
    הערה: המספר של מעילים משטח נוספים עשויים להשתנות בהתאם להמלצות יצרן המוצר.
  3. לאחר כ-20 ניסויים, הופך ציפוי הידרופובי נפגעו עקב טיפול מופרז. להסיר את ציפוי עם 99% איזופרופיל וחזור על שלבים 5.1 ו- 5.2.

6. סינכרון מצלמות להמחשת הפתיחה

  1. הניחו מצלמה במהירות גבוהה עם עדשה מתאימה בניצב לציר ההשפעה ואת בשורה עם פני השטח של הנוזל.
    הערה: 55 מ"מ עדשה מעולה מספק נקודת התחלה טובה.
  2. היכן בדים כדי לשמש, להוסיף מצלמת מהירות גבוהה נוספים הניסוי כדי לספק מבט מלמעלה על ההשפעות, כפי שניתן לראות באיור 1b.
  3. סנכרן מצלמות מרובות למחשב באמצעות השלבים הבאים.
    1. להתחבר משני המסופים פלט של המצלמה אופקית משני המסופים קלט של המצלמה נוספים באמצעות כבלים BNC.
    2. לחבר את המתג על ההדק למצלמה אופקי בלבד.
    3. מתחברים כבלי Ethernet של שתי המצלמות נתב מנותק מהרשת מחובר למחשב.
      הערה: בהעדר נתב, לחבר כבלי Ethernet של מצלמות כדי להפריד בין מחשבים.
  4. בתוכנה רכישה וידאו, להגדיר את המצלמות עם ההגדרות הבאות. לקבוע במסגרת שיעור מינימלי של 1,000 fps, להגדיר את רזולוציית המסך לרזולוציה הרצויה. הגדר את מהירות תריס 1 לכל מסגרת השני וקבעו מפעיל מצב לסיים.
  5. מהגובה המרבי שחרור מבצעים סדרת הניסיונות כדי להבטיח כי הג'טס וורת'ינגטון בתוך מסגרת הווידאו.
  6. להתאים את מיקום המצלמה ואת המיקוד בהתאם עד איכות ההדמיה הרצויה מושגת.
  7. לאחר ההקלטה, לחלץ מדידות קנטית ו גיאומטריות מ וידאו באמצעות כלי ניתוח וידאו מתאימים. להשתמש Tracker, כלי ניתוח פתוח או כל תוכנה של יכולת השוואתי.

7. דיגיטציה ההשפעה קינמטיקה עם תוכנת המעקב

  1. בחר כיול סטיק מארגז הכלים המעקב ולהתאים אותו הסולם חזותי (איור 2 א), שהופך את המקל ארוכה ככל האפשר.
  2. לחץ על כיול סטיק והגדר את הערך של שינוי קנה מידה לאורך הסולם חזותי שמקיפות את המקל. כלומר, אם המקל כיול משתרע על 1 ס מ על סולם חזותי, להגדיר קנה מידה ל- 1.
    הערה: פעולה זו מבטיחה המידות שנלקחו תוכנה הם לפי סדר סנטימטרים.
  3. החלף מצב וידאו השמעה על-ידי לחיצה על התחל והפסק ולהגדיר וידאו על המסגרת הרצויה.
  4. בחר מקל מדידה מארגז הכלים המעקב ולחלץ הפתיחה הכתר גובה k, חלל רוחב b, חלל עומק lווורת'ינגטון סילון גובה h, כפי שניתן לראות באיור 2b,c.
    הערה: מקל מדידה מתכוונן בשני קצותיו, וניתן להשתמש בו זמנית עם אזורים אחרים בארגז הכלים.
  5. בחר מד-זווית מארגז הכלים המעקב ומדידת זווית ההפרדה q של נוזל ביחס impactor, כפי שניתן לראות באיור 2b. מד מתכוונן בשני קצותיו, וניתן להשתמש בו זמנית עם אזורים אחרים בארגז הכלים.
  6. בחר את התכונה למעקב אוטומטי אחר התוכנה כדי להקליט את המיקום הזמני ונתונים מהירות. מתי מעקב הוא קטוע בגלל חוסר בהירות וידאו, שימוש ידנית שטרי עד בהירות מתקבל או למעקב אוטומטי אחר הוא חידש.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

זה הוקמה פרוטוקולים המתירים שמירה על הג'טס וורת'ינגטון הנובעים אנכי משפיע על מספר מגוון של וובר Equation 5 כפי שניתן לראות באיור 2 c. תוצאות אלו מתפרסמים Watson et al.1, אשר ניתן להפנות עבור התנאים ניסיוני המדויק להשתמש בהם כדי לייצר את הנתונים שהוצגו במסמך זה. אנו מתמקדים הסרט מוארך הצר של נוזלים בולטות מעל פני השטח נוזל חופשי. באיור 3 אנו מראים שכמות הדל של בד מגביר להתיז עוד שכבות מספיקות נחלש להתיז בחזרה. התוצאות הן אי-dimensionalized באמצעות כדור קוטר D כפי שניתן לראות באיור 3b.

אנו מראים את הקשר בין חלל dimensionalized שאינם מאפיינים כגון חלל עומק Equation 6 , מבין משתכשכים הכתר גובה Equation 7 , רוחב חלל Equation 8 ומספר וובר Equation 9 ב איור 4a-d. תוצאות נלכדים עם מצלמה חזיתית במהירות גבוהה יחיד בסביבה מוארת היטב. תצוגת המצלמה נציג נתפסת ב איור 2b. על-פני הטווח של הניסוי Equation 5 איור 4, הממדים של חללים שנוצרו על-ידי כדור להשפיע על שכבה אחת של בד להציג גרסא חדשה.

אנו רואים את המסלול של תחומים אחר ההתנגשות עם משטח פנים ואת המסלול טמפורלית הצב נתונים עד חלל קמצוץ מתרחש כפי שניתן לראות באיור 5a. אנחנו ואז להחליק את הנתונים עם מסנן Savitzky-Golay11 כדי להסיר את השפעות רעש ניסיוני לפני בידול מספריים. עקומות מהירות וכתוצאה מכך דמות 5b שוב החליק לפני בידול מספריים להשגת Equation 10 הדרושים לניתוח כוח.

Figure 1
איור 1. סכמטי של ההתקנה ניסיוני. מצלמות מהירות גבוהה () ללכוד חזיתית ותצוגת תקורה עם תאורה ' מאטום לשקוף ' ממוקמת מעל המצלמה פרונטלית. הבורר המפעיל הוא אופציונלי, נתון הזמינות של פקדים ידניים הקלטת וידאו תוכנה על המחשב. (b) צילום רצף ספירת הידרופילית ההשפעה על בד נחדרת דק על גבי הנוזל, שצולמו באמצעות המצלמה הראשית. נקודה שחורה משמש כדי להבטיח ללא סיבוב נוכח במהלך צניחה חופשית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
באיור 2. מבין משתכשכים ויזואליזציה כדור הידרופובי ההשפעה השטח שההודעה. צילום הרצף מראה הזנת מים (), (b) הפתיחה הכתר ההתעלות אוויר-מלכודת, פרידה (c) וורת'ינגטון מטוס סילון היווצרות ו, (d) עבור התזה נציג. כדור יש מהירות פגיעה של Equation 11 m/s. מקל מטר משמש לכיול מדידות בתוך בכלי ניתוח וידאו, התז למדידת גובה הכתר Equation 12 , רוחב חלל Equation 13 , חלל עומק Equation 14 ההפרדה זווית Equation 15 וגובה וורת'ינגטון מטוס Equation 16 . אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3. מבין משתכשכים הגולן על פני מספר ובר (Equation 17). גובה () וורת'ינגטון סילון Equation 18 לעומת Equation 5 , עם Equation 19 לעומת Equation 5 המוצגים ב (b). המספר הקודם "חורשים" מציין את השכבות של בד. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
באיור 4. וריאציה של חלל מידות לאורך מספרי וובר. הקשר בין Equation 5 ואת הזווית ההפרדה () Equation 20 , (b) חלל עומק Equation 21 , (ג) הפתיחה הכתר גובה Equation 12 , ורוחב חלל (d) Equation 13 . מאפייני הם הלא-dimensionalized מבחינת כדור קוטר, Equation 22 . קווי שגיאה מציינות סטיית התקן של הממוצע של חמישה מחקרים בכל נקודה. איור משתנה מ- Watson et al.1. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 5
איור 5. קינמטיקה נציג של כדור במהלך הירידה מתחת למים. רצועות הטמפורלי של המיקום האנכי () Equation 23 והמהירות (b) Equation 24 בשביל להשפיע על הספירות עם 0 - ל 4-שכבות של בד על גבי המים. מסלולים הם הלא-dimensionalized במונחים של קוטר כדור, Equation 22 , להשפיע על מהירות Equation 25 בהתאמה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

פרוטוקול זה מתאר את תכנון ניסויים ושיטות עבודה מומלצות עבור חקירות של כדורים צניחה חופשית אל בריכת עמוק נוזלי. נתחיל על-ידי סימון השלבים הנחוצים עבור קביעת תצורה של הניסוי על השפעות אנכי. זה חשוב ליצור סביבה הפתיחה האידיאלית עם השימוש ההתזה גדול מספיק כך קיר תופעות זניח9ו סולם חזותי מתאים עבור חילוץ קינמטיקה12,13,14 ,15,16,17,18,19,20,21. בזמן יכול להיות מאולתר בולמי זעזועים מחומרים מעבדה עודף, הם חייבים להיות מחוטא לפני הניסוי עם מים, סוכן הסרת לכלוך מתאימים. כשל לנקות את הזעזועים ואת הטנק יכול להוביל המבוא של זיהומים במהלך ניסוי ולשנות מאפייני הפתיחה. בספרות, קיים מחסור פירוט לגבי שמירה על ניקיון ניסיוני, ככזה, מאמר זה מציג הנחיות להשגת תוצאות עקביות מן המים ערך ניסויים.

השיטות המתוארות לעיל כפופים כוונון כפי שנראה במחקרים קודמים. . הרבה עם אלקטרומגנטים15 מנגנון השחרור actuated האביב מועסק על ידי המחברים בעת שימוש הספירות ברזלי. קלות השימוש של השיטה משופרת כאשר מצלמות מהירות גבוהה מוגדרות להפעיל באופן אוטומטי לאחר ספירות ליפול דרך photocells12 או אינפרא-אדום מפעילים22,23, אבל אלה מוסיפות מורכבות. טיפולי שטח impactor כדי לשלוט wettability יכול להיעשות גם על ידי שימוש בגישות קפדנית יותר, כפי שניתן לראות ב- Duez et al.8. לדוגמה, הספירות הושתל עם octyltriethoxysilane, שטפה עם איזופרופיל, מחוממת בתנור ב 90 ° C להשיג סופר-hydrophobicity8. הפרוטוקול ניתן לכוונן נוספת להמחשת חלל משופרת על-ידי החלפת המסך שחור (מוצג באיור 1a) עם תאורה אחורית, מה שהופך את תכונות חלל יותר מבוטא3.

כדאי לשים לב כאשר בוחנים קינמטיקה טמפורלית לחקירות תיאורטי. מיקום זמני רצועות מציגים ופחות עיוותים מאשר לרצועות מהירות אך דורשים החלקה לפני בידול מספרי1,3,15. המסנן Savitzky-Golay מבצע רגרסיה פולינום על מגוון לא פחות ומייצגות ערכים כדי לקבוע את הערך מוחלקים עבור כל נקודה, יותר בנאמנות יכול לשמור על תכונות בולטות של מסלול11. מעקב מיקום הספרה, פולינום מדרגה שנייה בתוך המסנן Savitzky-Golay שומר על תכונות בולטות של המסלול בעת הסרת רעש ניסיוני. לבסוף, חוקרים יש בחירה של אורך ממוצע נע של המסנן, שאמור להיות קטן ככל האפשר תוך השגת עדיין את הרמה הרצויה של החלקה.

פרוטוקול הוקמה רשימת חומרים המובאים כאן אינה מוגבלת, ניתן לבצעם בקנה מידה גדול כדי להפיק המהירות יותר וטווח מוגבר של פרמטרים שהוא אשר מבשרת טובות לתרגום הימיים תוצאות, יישומי התעשייה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

המחברים רוצה להכיר את המכללה האקדמית להנדסה ואת המחשב מדעי (CECS)-אוניברסיטת מרכז פלורידה למימון הפרויקט, יהושע Bom, כריס Souchik עבור התזה דימויים וסמית ניקולס למשוב יקרי ערך.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3D Printer FlashForge Creator Pro Dual Extrusion
Alcohol Swan M314 99% Isopropyl
BNC Cables Thorlabs 2249-C-24
Caliper Anytime Tools 203185 Dial
Camera Photron Mini AX-100 16GB Ram
Computer Dell Windows 7 Pro
Fabric Georgia Pacific 19378 Toilet Paper
Fabric Kleenex 10036000478478 Tissue
Laser Cutter Glowforge Basic
Lights GS Vitec LT-V9-15 Multi-LED
Microscope Keyence VHX-900F Digital
Retort Stand VWR VWRF08530.083
Router ASUS RT-N12 Off Network
Ruler Westcott 10432 Meter Ruler
Software Open-Source Tracker Video Analysis
Software Photron Fastcam Viewer Video Recording
Sphere Amazon 8DELSET Delrin
Spray Rust-Oleum 274232 Water Repelling
Surfactant Dawn 37000973782 Liquid Soap
Surfactant USP Kosher 5 Gallons Glycerin
Tensile Tester MTS Model 42
Trigger Switch Custom Made
Water Tank Mr. Aqua MA-730 Non-Tempered Glass

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Watson, D. A., Stephen, J. L., Dickerson, A. K. Jet amplification and cavity formation induced by penetrable fabrics in hydrophilic sphere entry. Physics of Fluids. 30, 082109 (2018).
  2. Truscott, T. T. Cavity dynamics of water entry for spheres and ballistic projectiles. , Massachusetts Institute of Technology. Doctor of Philosophy Thesis (2009).
  3. Truscott, T., Techet, A. Water entry of spinning spheres. Journal of Fluid Mechanics. 625, 135 (2009).
  4. Techet, A., Truscott, T. Water entry of spinning hydrophobic and hydrophilic spheres. Journal of Fluids and Structures. , 716 (2011).
  5. Zhao, S., Wei, C., Cong, W. Numerical investigation of water entry of half hydrophilic and half hydrophobic spheres. Mathematical Problems in Engineering. 2016, 1-15 (2016).
  6. Worthington, A. M., Cole, R. S. Impact with a liquid surface studied by the aid of instantaneous photography. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 137, 137 (1897).
  7. Worthington, A. M., Cole, R. S. Impact with a liquid surface studied by the aid of instantaneous photography. Paper II. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. , 175 (1900).
  8. Duez, C., Ybert, C., Clanet, C., Bocquet, L. Making a splash with water repellency. Nature Physics. 3, 180-183 (2007).
  9. Tan, B. C. W., Thomas, P. J. Influence of an upper layer liquid on the phenomena and cavity formation associated with the entry of solid spheres into a stratified two-layer system of immiscible liquids. Physics of Fluids. 30, 064104 (2018).
  10. Shin, J., McMahon, T. A. The tuning of a splash. Physics of Fluids. 2, 1312-1317 (1990).
  11. Krishnan, S. R., Seelamantula, C. S. On the selection of optimum Savitzky-Golay filters. IEEE Transactions on Signal Processing. 61, 380-391 (2013).
  12. Cheny, J., Walters, K. Extravagant viscoelastic effects in the Worthington jet experiment. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 67, 125-135 (1996).
  13. Castillo-Orozco, E., Davanlou, A., Choudhur, P. K., Kumar, R. Droplet impact on deep liquid pools: Rayleigh jet to formation of secondary droplets. Physical Review E. 92, (2015).
  14. Aristoff, J. M., Truscott, T. T., Techet, A. H., Bush, J. W. M. The water entry cavity formed by low bond number impacts. Physics of Fluids. 20, 091111 (2008).
  15. Aristoff, J., Bush, J. Water entry of small hydrophobic spheres. Journal of Fluid Mechanics. 619, 45-78 (2009).
  16. Aristoff, J., Truscott, T., Techet, A., Bush, J. The water entry of decelerating spheres. Physics of Fluids. 22, (2010).
  17. Truscott, T., Epps, B., Techet, A. Unsteady forces on spheres during free-surface water entry. Journal of Fluid Mechanics. 704, 173-210 (2012).
  18. Truscott, T. T., Epps, B. P., Belden, J. Water entry of projectiles. Annual Review of Fluid Mechanics. 46, 355-378 (2013).
  19. Gekle, S., Gordillo, J. M. Generation and breakup of Worthington jets after cavity collapse part 1. Journal of Fluid Mechanics. 663, 293-330 (2010).
  20. Cross, R., Lindsey, C. Measuring the drag force on a falling ball. The Physics Teacher. 169, (2014).
  21. Cross, R. Vertical impact of a sphere falling into water. The Physics Teacher. , 153 (2016).
  22. Dickerson, A. K., Shankles, P., Madhavan, N., Hu, D. L. Mosquitoes survive raindrop collisions by virtue of their low mass. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (25), 9822-9827 (2012).
  23. Dickerson, A. K., Shankles, P., Hu, D. L. Raindrops push and splash flying insects. Physics of Fluids. 26, 02710 (2014).

Tags

הנדסה גיליון 144 הנדסה היווצרות חלל דינמיקה של נוזלים הידרופיליות הידרופוביות פרוטוקול להתיז הזנת מים להרטיב סילון וורת'ינגטון
ההשפעות של התחומים צניחה חופשית על בריכה עמוק נוזלי עם נוזל שינו ותנאי השטח Impactor
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Watson, D. A., Stephen, J. L.,… More

Watson, D. A., Stephen, J. L., Dickerson, A. K. Impacts of Free-falling Spheres on a Deep Liquid Pool with Altered Fluid and Impactor Surface Conditions. J. Vis. Exp. (144), e59300, doi:10.3791/59300 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter