Développement d'une installation expérimentale pour la mesure du coefficient de restitution sous vide Conditions

L’objectif global de ce dispositif expérimental est de mesurer le coefficient de restitution de particules en collision dans des conditions de vide. Cette méthode peut contribuer à résoudre des problèmes d’ingénierie puisque le coefficient de restitution est présent dans toute opération d’ingénierie telle que le transport, la manutention, le stockage de solides granulaires dans l’industrie de l’ingénierie. Le principal avantage de cette méthode est qu’elle peut être appliquée à des poudres fines dans des conditions de vide sans accélérer la particule lorsqu’elle entre dans la chambre.

Sven Drucker, un étudiant diplômé de mon laboratoire, fera une démonstration de la procédure. Il travaille dans le cadre d’un projet appelé Pardem. Pour travailler avec des particules de n’importe quelle taille, retirez d’abord le manchon au-dessus de la chambre à vide et soulevez le capot supérieur.

Ensuite, sélectionnez la plaque de base avec le matériau de paroi souhaité dans la chambre. Ensuite, tournez la partie inférieure de la chambre à vide sur le côté et faites glisser délicatement la plaque de base en position. Ensuite, à l’aide d’une pince à épiler, placez exactement une particule d’une taille connue au centre de la plaque de base.

Ensuite, ajustez la position d’une caméra vidéo haute vitesse montée sur un trépied de sorte que la plaque de base se trouve dans le quart le plus bas du champ visuel et que la mise au point soit sur la particule. Réglez l’appareil photo haute vitesse pour qu’il enregistre 10 000 images par seconde à une résolution de 528 x 396 pixels. Ensuite, prenez une brève vidéo de la particule à des fins de référence.

N’oubliez pas de retirer la particule par la suite. Lorsque vous travaillez avec des particules de 700 microns ou plus, ajustez d’abord la hauteur de la chambre à particules de manière à ce que la vitesse d’impact souhaitée soit atteinte. Mesurez la hauteur à l’aide de l’échelle fixée à la plaque de maintien.

Ensuite, fermez la chambre à particules avec la pointe d’une pipette. Maintenant, soulevez le couvercle supérieur de la chambre à vide et placez une seule sphère à l’intérieur de la chambre à particules à l’aide d’une pince à épiler. Cet exemple montre une sphère solide.

Cependant, les sphères remplies de liquide peuvent également être testées. Placez le capot supérieur sur la partie inférieure de la chambre à vide et connectez le capot supérieur et la partie inférieure de la chambre à vide avec le manchon. Maintenant, mettez des lunettes de sécurité avant de générer l’aspirateur.

À l’aide de la pompe, évacuez la chambre jusqu’à ce que la pression souhaitée soit obtenue. La pression cible dans cette démonstration est de 0,1 millibars. Ensuite, fermez la vanne sur le côté de la chambre et éteignez la pompe.

À ce stade, démarrez l’enregistrement vidéo. Pendant l’enregistrement, ouvrez le trou de la chambre à particules pour libérer la particule, et en même temps tirez et tournez le bâton fixé à la pointe de la pipette. Cela évitera les problèmes de glissement du bâton dus à un frottement élevé entre le bâton et l’anneau scellé.

Après l’impact, arrêtez immédiatement l’enregistrement. Seul un nombre limité de trames peut être enregistré, et les premières sont écrasées dès que la limite est dépassée. Coupez le film à l’instant de l’impact sur l’écran et enregistrez-le sur la carte mémoire.

Prévoyez de répéter l’expérience environ 10 fois pour obtenir une valeur principale précise. Lorsque vous travaillez avec des particules plus fines, utilisez essentiellement la même procédure avec quelques modifications. Chargez 50 à 100 sphères sur une feuille de papier pliée et chargez les particules dans la chambre à partir du papier.

Lorsque vous tirez sur le bâton au début de l’expérience, tirez très lentement pour éviter que toutes les particules ne tombent en même temps. Lorsque vous coupez le film, faites-le de manière à ce qu’au moins 10 impacts clairement ciblés soient visibles. Avant d’évaluer les données, il est d’abord nécessaire de calibrer le logiciel.

Chargez un cadre avec la particule de taille connue obtenue lors de la configuration. Ensuite, comptez le nombre de pixels du diamètre horizontal et divisez la distance connue par le nombre de pixels pour obtenir le facteur de conversion, distance par pixel. L’horizontale est plus facile à utiliser en raison du contraste entre la particule et le fond blanc.

Pour calculer la vitesse d’impact, placez un point de référence de mouvement sur le dessus de la sphère 10 images avant le point d’impact et un deuxième point de référence une image avant l’impact. Utilisez le nombre de pixels entre les deux points et le facteur de conversion pour calculer la distance parcourue. Ensuite, divisez la distance par le temps écoulé entre neuf images pour obtenir la vitesse d’impact.

Pour calculer la vitesse de rebond, utilisez des points de référence sur le dessus de la sphère, une image après l’impact et dix images après l’impact. Enfin, calculez le coefficient de restitution, ou COR, comme le rapport entre la vitesse de rebond et la vitesse d’impact. Répétez toutes ces étapes pour évaluer toutes les vidéos de test de chute enregistrées.

Des particules de verre d’un diamètre de 100 microns à quatre millimètres ont été déposées d’une hauteur initiale de 200 millimètres sur une plaque de base en acier inoxydable d’une épaisseur de 20 millimètres. La valeur moyenne du COR était d’environ 0,9 pour les particules de 700 microns ou plus. Ce résultat était indépendant de la pression de l’air.

Pour les particules d’un diamètre inférieur à 400 microns, le COR était presque constant avec une valeur de 0,9 dans des conditions de vide. Sous pression atmosphérique, le coefficient de restitution diminuait avec le diamètre des particules. Les résultats pour la vitesse d’impact dépendaient de la taille de la particule et de la pression atmosphérique.

Les poudres fines étaient beaucoup plus lentes sous la pression atmosphérique, tandis que leur vitesse d’impact ne diminuait que légèrement dans des conditions de vide. Les données ont montré des valeurs aberrantes exceptionnelles à 700 microns qui pourraient avoir été créées par un mauvais calibrage. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de mesurer le coefficient de restitution dans des expériences de chute libre dans des conditions de vide.

Une fois maîtrisée, cette méthode peut être réalisée en une heure et demie pour 10 particules si elle est correctement appliquée. N’oubliez pas que travailler avec un cylindre de verre dans des conditions de vide est extrêmement dangereux et que des précautions doivent toujours être prises.