Técnica de escaneo rápido para el Estudio de impacto por caída de la Dinámica de Fluidos no newtonianos

El objetivo general del siguiente experimento es estudiar la dinámica de impacto de gotas no newtonianas de metales líquidos y suspensiones granulares densas utilizando una técnica de imagen rápida. Esto se logra mediante la configuración de una instalación de cámara rápida para visualizar la dinámica instantánea cuando las gotas golpean una superficie. Como segundo paso, realice una serie de experimentos de impacto de metales líquidos para proporcionar información sobre cómo la elasticidad de la superficie inducida por la oxidación afecta el radio de dispersión.

A continuación, realice experimentos de impacto con suspensiones densas para investigar su aparición de salpicaduras y su dinámica de propagación. Se obtienen resultados que muestran que diferentes parámetros del fluido, como la tensión superficial efectiva, la viscosidad, la velocidad de impacto y el diámetro de las partículas en suspensión, gobiernan en conjunto la dinámica de impactos de las gotas no newtonianas. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de las suspensiones densas, como cuándo el comportamiento de un sistema puede describirse mediante sus propiedades globales o cuándo hay que tener en cuenta las partículas individuales.

Sin embargo, esta medición puede proporcionar información sobre la dinámica de impacto de un fluido complejo. También se puede aplicar a la observación de otros procesos que incluyen dinámicas rápidas, como la formación de estados de fractura, el pellizco sólido de las gotas de líquido y el movimiento rápido de partículas en sistemas de gránulos. Un componente es una pista vertical capaz de soportar un soporte de bomba de jeringa, la bomba de jeringa para que se pueda mover a diferentes alturas para alterar la altura de caída libre del fluido de prueba.

Junto a la pista hay un marco que soporta una placa de vidrio limpia que sirve como plano de impacto horizontal. Asegúrese de que la superficie de la placa esté nivelada horizontalmente. Coloque un espejo reflectante inclinado debajo de la superficie del vidrio para visualizar el impacto de la caída desde abajo.

A continuación, coloque papel blanco opaco sobre la placa de vidrio para reflejar la luz, para ayudar a la visualización inferior y obtener imágenes del impacto del metal líquido. Coloque un difusor de papel transparente en la dirección opuesta a la visualización para facilitar la obtención de imágenes de vista lateral. A continuación, coloque una fuente de luz en la región detrás del difusor.

Encienda las fuentes de luz para iluminar uniformemente la región de impacto. Ahora nivele una cámara con una lente apropiada en un trípode para que pueda obtener imágenes de la superficie. Conéctese a la cámara a una computadora utilizada para el control y la visualización.

Comience la preparación de la muestra con galio indio utic que se ha almacenado en un recipiente sellado A temperatura ambiente, use una pipeta para extraer tres mililitros del recipiente. Obtenga una placa acrílica y extruya el galio indio UTA sobre ella. Espere 30 minutos para que la muestra se oxide completamente en el aire.

Una fina capa de piel oxidada cubrirá completamente la superficie de la muestra. Tome las precauciones adecuadas para trabajar con ácido clorhídrico y prepare un baño de ácido de 200 mililitros en un recipiente TER. La concentración del baño es un parámetro experimental.

Coloque la muestra en el baño de ácido con la muestra en el baño. Emplee un TER para cortarlo a 60 revoluciones por segundo durante 10 minutos. Una vez que el prelavado ácido esté hecho, retire el baño del ReMeter.

Utilice una jeringa de plástico de dos mililitros con una boquilla de acero de uno a dos milímetros para recuperar la muestra, extraer 1,5 mililitros de galio, indio, áctico del baño. La muestra ya está lista para su uso y experimentos. Monte la jeringa en la bomba de jeringa para la preparación de muestras para suspensiones densas.

Los experimentos comienzan con una jeringa comercial a la que se le corta el extremo para usarla como un tubo cilíndrico para dispensar la suspensión para llenar la jeringa. Primero, consigue un recipiente con agua. Coloque el extremo de la jeringa en el agua, tire del pistón hacia atrás para llenarla, asegurándose de que no haya burbujas de aire.

A continuación, sostenga la jeringa con el extremo abierto hacia arriba. Coloque dióxido de circonio esférico o perlas de vidrio en la jeringa hasta que esté llena, permitiendo que el agua se derrame. Usa una cuchilla de afeitar para eliminar las partículas extra de la parte superior para mantener ese extremo plano.

Voltee la jeringa y móntela en la superficie de la bomba. La tensión evitará que las partículas se caigan. Antes de grabar vídeos, tome medidas para ajustar los sistemas de imagen e iluminación y calibrar la resolución espacial.

Primero, encienda la bomba de jeringa para expulsar el líquido a una velocidad de 20 mililitros por hora. Espere a que el líquido aquí, una suspensión densa, se desprenda de la jeringa y caiga para hacer una prueba de impacto en la superficie del vidrio. Una vez que se haya producido el impacto, apague la bomba de jeringa.

A continuación, ajuste la posición y la orientación de la cámara hasta que se muestre el splat en el monitor. A continuación, establezca la relación de reproducción de la imagen en uno a uno y modifique la distancia de trabajo para que la imagen esté en el plano focal con la cámara configurada en un marco. Más de 6.000 fotogramas por segundo varían el tamaño de apertura, la exposición, el tiempo y el ángulo de iluminación para obtener la mejor calidad de imagen.

Una vez que encuentre la configuración de la cámara, coloque una regla en el campo de visión del monitor. Usa la regla para calcular la resolución espacial contando el número de píxeles que caben a lo largo de un centímetro. Asegúrese de que no haya diferencia en la resolución entre las direcciones horizontal y vertical.

Después de calibrar el sistema de imágenes, reinicie la bomba de jeringa a 20 mililitros por hora. Al mismo tiempo, prepare el software de control de la cámara para monitorear el proceso de impacto antes de registrar los datos. Practique observar cuidadosamente cómo comienza a formarse la gota para permitir el disparo manual de la cámara en el momento en que la gota se desprende de la boquilla.

Una vez grabados los datos, edite el vídeo en la parte que contiene el impacto y guárdelo como una secuencia de imágenes para su análisis. La técnica de imagen rápida se ha utilizado para estudiar el impacto del galio, indio, áctico con diferentes óxidos. Fuerza de la piel determinada por el ácido.

El prelavado que se muestra aquí son marcos que muestran la propagación de tres preparaciones diferentes a medida que impactan sobre una superficie de vidrio. Cada gota caía desde la misma altura de la boquilla y golpeaba con una velocidad de aproximadamente un metro por segundo. El diámetro de caída inicial fue de 6,25 milímetros sin prelavado.

Una piel de óxido evita que el fluido relaje la energía superficial dando como resultado una forma no esférica durante la etapa de caída, el lavado de las muestras y el ácido reducen el óxido y debilitan el efecto de la piel. A concentraciones de ácido lo suficientemente fuertes. No se observa ninguna diferencia entre el galio, el indio y los fluidos ordinarios.

Los datos permiten demostrar la transición del régimen capilar al régimen viscoso. Los datos colapsan en una sola curva cuando la relación entre el radio inicial y el radio final pm dividido por el número de Reynolds a la potencia de un quinto se traza contra la relación entre un número de Weber efectivo y el número de Reynolds a los cuatro quintos de potencia de inicio de salpicaduras en suspensión densa se ha estudiado en el régimen donde la disipación viscosa es insignificante en comparación con los efectos inerciales. Este es el diagrama de fase de salpicadura para diferentes densidades de partículas y radio cuyo producto está a lo largo del eje horizontal.

El eje vertical es el número de Weber de la partícula definido en el manuscrito. Los círculos rojos indican que siempre se encontró una salpicadura. El recuadro muestra una imagen de bienvenida típica.

Los puntos azules corresponden a que no se encontraron salpicaduras. El segundo recuadro es un ejemplo de una imagen de bienvenida que no es de tipos. Los casos en los que se encontraron salpicaduras y no salpicaduras se indican con cuadrados verdes.

El experimento se repitió 10 veces para cada punto. Los resultados son consistentes con un número crítico de Weber de alrededor de 14 más o menos dos. Al intentar este procedimiento, es importante practicar la fabricación de las muestras y determinar la fracción de empaquetamiento con frecuencia para estar seguro de que puede hacer las muestras de forma constante.

Esto asegurará que sus resultados experimentales sean reproducibles después de su desarrollo. Esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de los fluidos complejos exploraran la dinámica de impacto de diversos sistemas líquidos.