Schnelle Bildtechnik Tropfen Schlag Dynamik der Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten Studieren

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments ist es, die Aufpralldynamik von nicht-newtonschen Tröpfchen flüssiger Metalle und dichter körniger Suspensionen mit Hilfe einer schnellen bildgebenden Technik zu untersuchen. Dies wird durch die Einrichtung einer schnellen Kameraanlage erreicht, um die momentane Dynamik zu visualisieren, wenn Tröpfchen auf eine Oberfläche treffen. Führen Sie in einem zweiten Schritt eine Reihe von Schlagexperimenten mit flüssigen Metallen durch, um Informationen darüber zu erhalten, wie sich die oxidationsinduzierte Oberflächenelastizität auf den Spreizradius auswirkt.

Führen Sie als Nächstes Aufprallexperimente mit dichten Suspensionen durch, um deren Spritzbeginn und Ausbreitungsdynamik zu untersuchen. Es werden Ergebnisse erzielt, die zeigen, dass verschiedene Fluidparameter, wie z. B. die effektive Oberflächenspannung, die Viskosität, die Aufprallgeschwindigkeit und der Durchmesser der Schwebstäbchen, zusammen die Aufpralldynamik von nicht-newtonschen Tröpfchen bestimmen. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der dichten Suspensionen zu beantworten, z.B. wann das Verhalten eines Systems durch seine globalen Eigenschaften beschrieben werden kann oder wann einzelne Teilchen berücksichtigt werden müssen.

Diese Messung kann jedoch einen Einblick in die Aufpralldynamik komplexer Fluide geben. Es kann auch auf die Beobachtung anderer Prozesse angewendet werden, die eine schnelle Dynamik beinhalten, wie z. B. die Bildung von Bruchzuständen, das feste Abklemmen von Flüssigkeitstropfen und die schnelle Partikelbewegung in Granulatsystemen. Beginnen Sie mit der Vorbereitung des Bildgebungsaufbaus. Eine Komponente ist eine vertikale Schiene, die in der Lage ist, eine Spritzenpumpenhalterung, die Spritzenpumpe, zu tragen, so dass sie in verschiedene Höhen bewegt werden kann, um die freie Fallhöhe der Prüfflüssigkeit zu ändern.

Neben der Schiene befindet sich ein Rahmen, der eine saubere Glasplatte trägt, die als horizontale Aufprallebene dient. Stellen Sie sicher, dass die Oberfläche der Platte horizontal nivelliert ist. Positionieren Sie einen geneigten reflektierenden Spiegel unter der Glasoberfläche, um den Fallaufprall von unten zu visualisieren.

Befestigen Sie als Nächstes undurchsichtiges weißes Papier über der Glasplatte, um das Licht zu reflektieren und die Betrachtung von unten zu erleichtern, um den Aufprall von Flüssigmetall abzubilden. Platzieren Sie einen Diffusor aus Transparentpapier entgegen der Blickrichtung, um die Abbildung in der Seitenansicht zu erleichtern. Platzieren Sie dann eine Lichtquelle im Bereich hinter dem Diffusor.

Schalten Sie die Lichtquellen ein, um den Aufprallbereich gleichmäßig auszuleuchten. Richten Sie nun eine Kamera mit einem entsprechenden Objektiv auf ein Stativ, damit sie die Oberfläche abbilden kann. Verbinden Sie die Kamera mit einem Computer, der für die Steuerung und Anzeige verwendet wird.

Beginnen Sie die Probenvorbereitung mit Gallium-Indium-Utic, das in einem verschlossenen Behälter aufbewahrt wurde. Bei Raumtemperatur verwenden Sie eine Pipette, um drei Milliliter aus dem Behälter zu entnehmen. Besorgen Sie sich eine Acrylplatte und extrudieren Sie das Gallium-Indium UTA darauf. Warten Sie 30 Minuten, bis die Probe an der Luft vollständig oxidiert ist.

Eine dünne Schicht oxidierter Haut bedeckt die Probenoberfläche vollständig. Treffen Sie die richtigen Vorsichtsmaßnahmen für die Arbeit mit Salzsäure und bereiten Sie ein 200-Milliliter-Säurebad in einem TER-Gefäß vor. Die Konzentration des Bades ist ein experimenteller Parameter.

Legen Sie die Probe in das Säurebad und die Probe in das Bad. Verwenden Sie einen TER, um es 10 Minuten lang mit 60 Umdrehungen pro Sekunde zu scheren. Sobald die Säurevorwäsche abgeschlossen ist, nehmen Sie das Bad aus dem ReMeter.

Verwenden Sie eine Zwei-Milliliter-Kunststoffspritze mit einer ein bis zwei Millimeter dicken Stahldüsenspitze, um die Probe zu gewinnen, extrahieren Sie 1,5 Milliliter Gallium-Indium-Aktivtikum aus dem Bad. Die Probe ist nun bereit für den Einsatz und die Experimente. Montieren Sie die Spritze auf die Probenvorbereitung der Spritzenpumpe für dichte Suspensionen.

Das Experiment beginnt mit einer handelsüblichen Spritze, die das Ende abschneidet, um sie als zylindrisches Röhrchen zum Dispensieren der Suspension zum Befüllen der Spritze zu verwenden. Besorgen Sie sich zunächst einen Behälter mit Wasser. Legen Sie das Ende der Spritze in das Wasser, ziehen Sie den Kolben zurück, um ihn zu füllen, und stellen Sie sicher, dass keine Luftblase vorhanden ist.

Halten Sie dann die Spritze mit dem offenen Ende nach oben. Geben Sie kugelförmiges Zirkoniumdioxid oder Glasperlen in die Spritze, bis sie voll ist, damit das Wasser herauslaufen kann. Verwende eine Rasierklinge, um überschüssige Partikel von der Oberseite zu entfernen, um das Ende flach zu halten.

Drehen Sie die Spritze um und montieren Sie sie auf der Pumpenoberfläche. Durch die Spannung wird verhindert, dass die Partikel herausfallen. Bevor Sie Videos aufnehmen, sollten Sie die Bildgebungs- und Beleuchtungssysteme anpassen und die räumliche Auflösung kalibrieren.

Starten Sie zunächst die Spritzenpumpe, um die Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit von 20 Millilitern pro Stunde herauszudrücken. Warten Sie, bis sich die Flüssigkeit, eine dichte Suspension, von der Spritze löst und fällt, um einen Testaufprall auf die Glasoberfläche zu erzielen. Sobald der Aufprall aufgetreten ist, schalten Sie die Spritzenpumpe aus.

Passen Sie dann die Kameraposition und -ausrichtung an, bis der Splitter auf dem Monitor angezeigt wird. Stellen Sie als Nächstes das Wiedergabeverhältnis des Bildes auf eins zu eins ein und ändern Sie den Arbeitsabstand so, dass sich das Bild in der Fokusebene befindet und die Kamera auf einen Frame eingestellt ist. Bei mehr als 6.000 Bildern pro Sekunde variieren Sie die Blendengröße, die Belichtungszeit, die Zeit und den Beleuchtungswinkel, um die beste Bildqualität zu erhalten.

Sobald Sie die Kameraeinstellungen gefunden haben, platzieren Sie ein Lineal in das Sichtfeld auf dem Monitor. Verwenden Sie das Lineal, um die räumliche Auflösung zu berechnen, indem Sie die Anzahl der Pixel zählen, die über einen Zentimeter passen. Stellen Sie sicher, dass es keinen Unterschied in der Auflösung zwischen horizontaler und vertikaler Richtung gibt.

Starten Sie nach der Kalibrierung des Bildgebungssystems die Spritzenpumpe mit 20 Millilitern pro Stunde neu. Bereiten Sie gleichzeitig die Kamerasteuerungssoftware vor, um den Aufprallprozess zu überwachen, bevor Sie Daten aufzeichnen. Üben Sie, genau zu beobachten, wie sich der Tropfen zu bilden beginnt, um das manuelle Auslösen der Kamera in dem Moment zu ermöglichen, in dem sich der Tropfen von der Düse löst

Nachdem die Daten aufgezeichnet wurden, bearbeiten Sie das Video in den Teil, der die Auswirkungen enthält, und speichern Sie es als Bildsequenz zur Analyse. Die schnelle Bildgebungstechnik wurde verwendet, um die Auswirkungen von Gallium-Indium-Aktiva mit verschiedenen Oxiden zu untersuchen. Die Hautstärke wird durch die Säure bestimmt.

Die hier gezeigte Vorwäsche zeigt die Ausbreitung von drei verschiedenen Präparaten, wenn sie auf eine Glasoberfläche auftreffen. Jeder Tropfen fiel von der gleichen Düsenhöhe und schlug mit einer Geschwindigkeit von etwa einem Meter pro Sekunde ein. Der anfängliche Tropfendurchmesser betrug 6,25 Millimeter ohne Vorwäsche.

Eine Oxidhaut verhindert, dass die Flüssigkeit die Oberflächenenergie entspannt, was zu einer nicht kugelförmigen Form während der Fallphase führt, das Waschen der Proben und der Säure reduziert das Oxid und schwächt den Hauteffekt. Bei ausreichend starken Säurekonzentrationen. Es wird kein Unterschied zwischen Gallium, Indium und gewöhnlichen Flüssigkeiten beobachtet.

Die Daten ermöglichen es, den Übergang vom Kapillarregime zum viskosen Regime zu demonstrieren. Die Daten kollabieren zu einer einzigen Kurve, wenn das Verhältnis des Anfangs- zum Endradius pm dividiert durch die Reynolds-Zahl zur Fünftelpotenz gegen das Verhältnis einer effektiven Weber-Zahl und der Reynolds-Zahl zu den vier Fünfteln aufgetragen wird. Der Beginn des Spritzens in dichter Suspension wurde in einem Bereich untersucht, in dem die viskose Verlustleistung im Vergleich zu Inertialeffekten vernachlässigbar ist. Dies ist das Splashing-Phasendiagramm für verschiedene Teilchendichten und Radio, dessen Produkt entlang der horizontalen Achse liegt.

Die vertikale Achse ist die im Manuskript definierte Teilchen-Weber-Zahl. Die roten Kreise zeigen an, dass immer ein Spritzer gefunden wurde. Der Einschub zeigt ein typisches Begrüßungsbild.

Blaue Punkte entsprechen keinem gefundenen Splash. Der zweite Einschub ist ein Beispiel für ein Nons-Splash-Bild. Fälle, in denen sowohl Spritzer als auch keine Spritzer gefunden wurden, werden durch grüne Quadrate gekennzeichnet.

Das Experiment wurde für jeden Punkt 10 Mal wiederholt. Die Ergebnisse stimmen mit einer kritischen Weber-Zahl von etwa 14 plus oder minus zwei überein. Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, die Herstellung Ihrer Proben zu üben und den Packungsanteil häufig zu bestimmen, damit Sie sicher sein können, dass Sie Ihre Proben konsistent herstellen können.

Dadurch wird sichergestellt, dass Ihre experimentellen Ergebnisse nach der Entwicklung reproduzierbar sind. Diese Technik ebnete Forschern auf dem Gebiet komplexer Fluide den Weg, um die Aufpralldynamik verschiedener Flüssigkeitssysteme zu erforschen.