Impactos de las esferas de la caída libre en una piscina profunda líquida con líquido alterada y el impactador de condiciones de la superficie

Este protocolo demuestra experimentos de inyección de agua con esferas de caída libre. Se discuten las alternancias de superficies líquidas con tejidos penetrados, la preparación de productos químicos en esferas emergentes, la visualización de salpicaduras y la extracción de datos. Estas técnicas proporcionan información sobre la investigación fundamental de la dinámica de fluidos orientada a comprender las interacciones interfaciales entre objetos sólidos y cuerpos fluidos.

Demostrando el procedimiento serán Joshua Bom y Jeremy Stephen, estudiantes de pregrado de Alberta. Use guantes de nitrilo de grado industrial durante todo este procedimiento para evitar contaminar el agua y los impactadores con aceites para la piel. Para comenzar a limpiar completamente el tanque transparente con agua del grifo y detergente.

A continuación, llénelo con 32 litros de agua del grifo. Limpie dos reglas métricas con 99%alcohol isopropílico y déjelas secar durante un minuto. Monte una regla frente a la parte delantera del tanque con la base tocando el agua.

Fijar la segunda regla verticalmente bajo el agua. A continuación, asegure una plataforma con bisagras sobre el tanque para que la plataforma esté dentro del mismo plano de profundidad que la regla de agua anterior con respecto a la parte delantera del tanque. Ajuste la plataforma a la altura máxima de caída deseada y luego adjunte una luz LED múltiple a un brazo articulado y coloque la luz por encima y delante del tanque para iluminar completamente la zona de salpicaduras debajo de la plataforma.

Establezca una pantalla negra en la parte posterior del tanque para ayudar con la visualización de salpicaduras y cavidades. Coloque un amortiguador sin aceite limpio, como una esponja de celda cerrada en la parte inferior del tanque, y sostén lo mantenga en su lugar con pesos limpios. A continuación, monte una cámara de alta velocidad frente al tanque en línea con la superficie del fluido.

Conecte un interruptor de gatillo a la cámara si lo desea. Conecte la cámara a un ordenador y configure la cámara para una velocidad de fotogramas de al menos 1.000 fotogramas por segundo. Elija la resolución deseada y establezca la velocidad del obturador en uno por segundo enmarcado.

Si procede, establezca el modo de disparo en Finalizar. A continuación, limpie una pequeña cucharada y esferas de metanol de polióxido con 99%alcohol isopropílico para eliminar los aceites de la piel y otros contaminantes. Deje que las esferas y la cuchara se sequen durante un minuto.

Preforme los ensayos de prueba y ajuste la posición, el enfoque y la resolución de la cámara para lograr la calidad de visualización óptima para el evento de salpicaduras. A continuación, recuperar las esferas con una cucharada y limpiar las esferas y recoger con alcohol isopropílico. Cuando esté listo para comenzar el experimento, comience a filmar el tanque.

Levante la plataforma de la bisagra en su lugar y descanse una esfera seca limpia en la plataforma. Suelte la base de la plataforma para soltar la esfera en el tanque. A continuación, detenga la filmación, guarde el archivo de vídeo y recorte el vídeo para mostrar solo el evento de presentación.

Cuando esté listo para proceder a la siguiente prueba, recupere la esfera con la primicia. Limpie la esfera con alcohol isopropílico y déjela secar durante un minuto antes de repetir la prueba. Cuando termine el experimento, vacíe el tanque y déjelo secar.

Para preparar tejidos penetrables para la prueba separe los tejidos deseados en capas cuadradas o redondas y utilice pinzas Vernier para medir el espesor comprimido de la tela seca. Al configurar el experimento, monte una segunda cámara de alta velocidad sobre el tanque para proporcionar una vista de arriba hacia abajo de la esfera que afecta a la tela. Conecte las salidas horizontales de la cámara a los terminales de entrada de la cámara aérea con cables BNC.

Conecte un interruptor de gatillo a la cámara horizontal. A continuación, utilice cables Ethernet para conectar ambas cámaras a un enrutador sin conexión conectado al ordenador de la cámara. Enfoque y configure ambas cámaras como de costumbre.

Cuando esté listo para preformar el experimento, descanse suavemente el tejido seco sobre la superficie del líquido en el tanque. Asegúrese de que la tela no comienza a hundirse antes de que comience la prueba. Utilice una cuchara limpia y libre de aceite para colocar el tejido debajo de la plataforma con bisagras.

Utilice el interruptor de gatillo para comenzar a filmar simultáneamente la zona de salpicadura con ambas cámaras antes de configurar la colisión. Retire la tela inmediatamente después de la colisión. Si los fragmentos de tela en el impacto y los raspaduras no se pueden recoger manualmente vacío y limpiar el tanque después de cada prueba para asegurarse de que toda la tela se elimina.

Para comenzar a preparar esferas químicamente hidrófobas encajar una esfera de mento de polióxido en un soporte de acrílico. El aspecto más difícil de este protocolo es el posicionamiento de las esferas para un recubrimiento superficial. El posicionamiento se controla con láminas de acrílico de capa de capa que tienen agujeros ligeramente más anchos que las esferas.

Rocíe la esfera con una capa base hidrófoba de unos 15 a 30 centímetros de distancia sin remojar la superficie de la esfera. A continuación, rocíe la esfera con la capa superior hidrofóbica de unos 15 a 30 centímetros de distancia sin remojar la superficie y dejar que se seque durante uno a dos minutos. Aplique dos o tres recubrimientos superiores más de la misma manera.

Deje que la esfera se seque durante 30 minutos para uso ligero o unas 12 horas para uso completo. Al preformar las pruebas de impacto dejar que la esfera se seque completamente después de cada ensayo en lugar de enjuagar con alcohol isopropílico. El recubrimiento hidrófobo se degradará después de unos 20 ensayos.

Para reutilizar esta esfera retire el recubrimiento con 99%alcohol isopropílico y vuelva a aplicar la base y las capas superiores como se describió anteriormente. Para comenzar el análisis, importe un vídeo de alta velocidad de evento de presentación en un software de análisis de vídeo. Utilice las herramientas de escalado para establecer el valor de escala en centímetros en función del área visible de la regla.

Avance a través del video para encontrar un marco adecuado que muestre la ascensión de la corona de salpicaduras y el atrapamiento de aire. Mida la altura de la corona de salpicaduras, el ancho de la cavidad y la profundidad de la cavidad. Utilice la herramienta de medición de ángulo para determinar el ángulo de separación.

Avance más en el video para encontrar un marco adecuado que muestre la formación de Worthington Jet y mida la altura del Worthington Jet. Por último, utilice la función de seguimiento automático para extraer la posición temporal y la fecha de velocidad del impactador. Si se interrumpe el seguimiento, utilice el seguimiento manual hasta que el seguimiento automático pueda reanudarse.

Aquí este procedimiento se utilizó para evaluar los efectos de la tela en salpicaduras de impactos verticales. La altura de salpicadura con un pliegue se amplificó en relación con la altura de salpicadura sin tejido. La altura de salpicadura con dos capas era aproximadamente equivalente a la altura de salpicadura sin tela.

Las salpicaduras se atenuaron fuertemente con tres y cuatro capas. Se observó una variación mínima en los números de Weber para la profundidad de la cavidad, la altura del terreno de salpicaduras y el ancho de la cavidad de las esferas que impactan en un solo pliegue de tela. Las posiciones verticales de las esferas fueron rastreadas bajo el agua permitiendo la observación de mayores disminuciones en la velocidad submarina con cada pliegue añadido de tela.

Los investigadores deben prestar mucha atención al mantenimiento de las condiciones sanitarias experimentales durante el experimento para obtener resultados consistentes y válidos. Esta técnica no se limita a los materiales presentados aquí y puede estar realizando con materiales de funcionalidades y capacidades similares. Con la introducción de un depósito elevado como un siring, este procedimiento se puede elevar para las investigaciones de los impactos verticales de las gotas líquidas en superficies sólidas o líquidas.

Este protocolo también se puede preformar a mayor escala a velocidades genéricas de mayor impacto y un rango creciente de parámetros sin dimensiones que todo va bien para aplicaciones navales e industriales.