Name: פיתוח של התקנה ניסיונית עבור המדידה של מקדם התקומה בתנאי אבק (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-03-29T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 49 s
Description: למד כיצד למדוד את מקדם ההתקומה של חלקיקים מתנגשים בתנאי אבק באמצעות התקנה ניסיונית לנפילה חופשית. שיטה זו מאפשרת מדידות מדויקות של אבקות עדינות ללא האצה מוקדמת ותורמת לפתרון בעיות הנדסיות בטיפול בחומרים גרעוליים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

למחברים אין אישורים.

1. ניסויים עם חלקיקים גסים יותר או שווה ל 700 מיקרומטר <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת ההתקנה הניסיונית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את השרוול והרם את המכסה העליון של תא הוואקום. מניחים את baseplate המורכב של חומר הקיר הרצוי בתא ואקום. סובבו את החלק התחתון של לצדדים בתא ואקום להחליק בצלחת בקפידה על ידי ידיים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקום בדיוק אחד החלקיקים להיבדק עם פינצטה במרכז של baseplate. לאחר מכן להתאים את הגובה של המצלמה עם חצובה בצורה כזו כי baseplate הוא ברבעון הנמוך ביותר של שדה הראייה ולהתמקד החלקיקים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את החלקיקים באמצעות פינצטה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נוהל ניסיוני <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את הגובה של תא החלקיקים בצורה כזו כי מהירות ההשפעה הרצויה של החלקיק הוא הגיעה. השתמש בקנה המידה על המקל מצורף צלחת ההחזקה כאינדיקטור של הגובה. סגור את תא חלקיק בעלקצה פיפטה ידי דחיפה אותו כך ההיקף של פיפטה נוגע בקצה לקדוח חור של התא. פתח את השרוול והרם את המכסה העליון של תא הוואקום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים כדור אחד בודד בתא החלקיקים עם פינצטה. התחום יכול להיות מוצק או נוזל מלא (כמו Louge et al. 14), תלוי איזה סוג של חלקיקים יהיה מנותח. עם זאת, בעבודה זו חלקיקים מוצקים רק נבחנים. מניחים את המכסה העליון על החלק התחתון של תא ואקום (צילינדר) ולחבר את המכסה העליון והחלק התחתון של תא ואקום עם השרוול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפנות את החדר עם משאבת הוואקום עד לרמה של 0.1 mbar (או כל ערך אחר רצוי) הוא הגיע. מדדו את הלחץ עם מד ואקום. סגור את השסתום בצד של תא הוואקום ומכבה את משאבת הוואקום. תלבש משקפי בטיחות כאשר עובדים בתנאי ואקום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל מסגרת בשיעור של 10,000 fps ולהתאים את הגדרות המצלמה (מניחיםיון / זום) להשגת פתרון של 528 x 396 פיקסלים. להתחלת ההקלטה של ​​המצלמה במהירות גבוהה ולפתוח את החור של תא החלקיקים לשחרר את החלקיקים. במקביל למשוך ולהפוך את המקל המצורף קצה פיפטה כדי למנוע בעיות מקל החלקה בשל חיכוך גבוה בין מקל טבעת חותם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עצור את ההקלטה של ​​המצלמה ישירות אחרי האימפקט כי רק כמות מוגבלת של תמונות ניתן לשמור הראשונים מוחלפים כאשר מגבלה זו היא חריגה. חותך את הסרט סביב המיידי של ההשפעה ברמת המסך ולשמור אותו בכרטיס הזיכרון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על הניסוי עשר פעמים כדי להשיג תוצאות מובהקות סטטיסטית. התוצאות הן מובהקות סטטיסטי אם אחרי עשר חזרות, הערך הממוצע אינו משנה יותר (זה יכול להיות שונה עבור חומרים אחרים תלוי ההומוגניות של המדגם או צורות חלקיק אחרות). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נוהל הערכה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כייל את התוכנה עם ידעגודל n של חלקיק או אחר אובייקט באמצעות מסגרת אחת של הווידאו שנעשה בשלב 1.2.4 להשיג המרה בין פיקסלים ומרחקים. השתמש הקוטר האופקי כפי שהוא לא מטושטש עקב התנועה של החלקיק. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספור את מספר הפיקסלים של הקוטר האופקי ולאחר מכן לחלק את המרחק הידוע על ידי מספר הפיקסלים כדי לקבל את מקדם המרה &#39;המרחק לפיקסל&#39;. תמונה של תהליך הכיול מוצגת באיור 4. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גדר נקודת התייחסות של תנועה על גבי בתחום עשר מסגרות לפני ומסגרת אחת לפני ההשפעה לחשב את מהירות ההשפעה. איור 5 מציגים את שתי נקודות הציון של תנועה. עם מקדם המרה משלב 1.3.1, להשתמש את מספר הפיקסלים בין שתי נקודות כדי להשיג את המרחק. חלק את המרחק עד העבר (המכפלה של מספר מסגרות צעד זמן) כדי לקבל את מהירות ההשפעה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גדר נקודת התייחסות שלתנועה על החלק העליון של מסגרת כדור אחד אחרי ועשרה הפריימים אחרי ההשפעה לחשב את מהירות הריבאונד. קבע את מהירות ההתאוששות אנלוגית לשלב 1.3.2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חשב את COR כמו היחס בין מהירות ריבאונד למהירות השפעה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבי 1.3.1-1.3.4 להערכה כל סרטוני מבחן ירידה נרשמו. </li></ol></li></ol> 2. ניסויים עם אבקות פיינר או שווה ל 400 מיקרומטר <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת ההתקנה הניסיונית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את השרוול והרם את המכסה העליון של תא הוואקום. מניחים את baseplate המורכב של חומר הקיר הרצוי בתא ואקום. סובבו את החלק התחתון של לצדדים בתא ואקום להחליק בצלחת בקפידה על ידי ידיים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים חפץ לביטוי הולם כגון חלקיק עם גודל ידוע במרכז baseplate עם פינצטה. לאחר מכן להתאים את הגובה של המצלמה עם חצובה בצורה כזו כי baseplate הוא ברבעון הנמוך ביותר שלשדה הראייה ולהתמקד אובייקט ההתייחסות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להקליט סרטון וידאו קצר של אובייקט ההתייחסות כאשר הוא שוכב על baseplate עם אותן הגדרות בדיוק כמו בניסויים הבאים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את אובייקט התייחסות באמצעות פינצטה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נוהל ניסיוני <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את הגובה של תא החלקיקים בצורה כזו כי מהירות ההשפעה הרצויה של החלקיק הוא הגיעה. השתמש בקנה המידה על המקל מצורף צלחת ההחזקה כאינדיקטור של הגובה. סגור את תא החלקיק בעל קצה פיפטה ידי דחיפה אותו כך ההיקף של פיפטה נוגע בקצה לקדוח חור של התא. פתח את השרוול והרם את המכסה העליון של תא הוואקום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים 50 עד 100 כדורים בתא החלקיקים. כדי להנחות את תחומי החדרת החלקיקים, להפקיד אותם קודם על דף נייר מקופל. השתמש בנייר המקופל כמו חריץ כדי להחליק את חלקיקי ההחדרה. מניחים את המכסה העליון על tהוא החלק התחתון של תא ואקום (צילינדר) ולחבר את המכסה העליון והחלק התחתון של תא ואקום עם השרוול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפנות את החדר עם משאבת הוואקום עד לרמה של 0.1 mbar (או כל ערך אחר רצוי) הוא הגיע. מדדו את הלחץ עם מד ואקום. סגור את השסתום בצד של תא הוואקום ומכבה את משאבת הוואקום. תלבש משקפי בטיחות כאשר עובדים בתנאי ואקום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתחלת ההקלטה של ​​המצלמה במהירות גבוהה עם 10,000 fps ברזולוציה של 528 x 396 פיקסלים ולפתוח את החור של תא החלקיקים לשחרר חלקיקים. במקביל למשוך ולהפוך את המקל המצורף קצה פיפטה כדי למנוע בעיות מקל החלקה בשל החיכוך הגבוה בין מקל טבעת חותם. משוך לאט מאוד כדי למנוע את זה כל החלקיקים לרדת בעת ובעונה אחת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עצור את ההקלטה של ​​המצלמה 5 עד 6 שניות לאחר השפעת החלקיקים הראשונים בגלל כמות מוגבלת בלבד של תמונות ניתן לשמור ואת האשוחאלה st מוחלפים כאשר מגבלה זו היא חריגה. חותך את הסרט על המסך בצורה כזו שלפחות 10 משפיע ממוקד בבירור של חלקיקים גלויים ולשמור אותו בכרטיס הזיכרון. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נוהל הערכה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כייל את התוכנה עם הגודל הידוע של אובייקט הפנייה מהסרטון של צעד 2.1.3 להשיג המרה בין פיקסלים ומרחקים. ספירת פיקסלים של גודל אובייקט הפנייה ולאחר מכן לחלק את המרחק הידוע על ידי מספר הפיקסלים כדי לקבל את מקדם המרה &#39;המרחק לפיקסל&#39;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גדר נקודת התייחסות של תנועה על גבי בתחום הממוקד בבירור הראשון בסרטון עשר מסגרות לפני ומסגרת אחת לפני ההשפעה לחשב את מהירות ההשפעה. חשב את מהירות ההשפעה אנלוגי לשלב 1.3.2 יחד עם מקדם המרה משלב 2.3.1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גדר נקודת התייחסות של תנועה על גבי המסגרת לאחר אחד בתחום הראשונה התמקדה בבירור ועשר מסגרות מובילות לירכיםאה ההשפעה לחשב את מהירות הריבאונד. חשב את מהירות ההתאוששות אנלוגית לשלב 2.3.2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חשב את COR כמו היחס בין מהירות ריבאונד למהירות השפעה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבי 2.3.2-2.3.3 להערכת ההשפעות של עוד תשעה כדורים ממוקדים בבירור. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Ennis, B. J., Green, J., Davies, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+legacy+of+neglect%5BTitle%5D)+AND+%22U.S.+Chem.+Eng.+Prog%22%5BJournal%5D)">The legacy of neglect.</a> U.S. Chem. Eng. Prog. 90 (4), 32-43 (1994).</li>
<li>Nedderman, R. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNedderman%2C+RM+%22Statics+and+Kinematics+of+Granular+Materials%22">Statics and Kinematics of Granular Materials</a>. , Cambridge University Press. Cambridge. (1992).</li>
<li>Seifried, R., Schiehlen, W., Eberhard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Numerical+and+experimental+evaluation+of+the+coefficient+of+restitution+for+repeated+impacts%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Impact+Eng%22%5BJournal%5D)">Numerical and experimental evaluation of the coefficient of restitution for repeated impacts.</a> Int. J. Impact Eng. 32, 508-524 (2005).</li>
<li>Thornton, C., Ning, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+theoretical+model+for+the+stick%2Fbounce+behaviour+of+adhesive%2C+elastic-plastic+spheres%5BTitle%5D)+AND+%22Powder+Technol%22%5BJournal%5D)">A theoretical model for the stick/bounce behaviour of adhesive, elastic-plastic spheres.</a> Powder Technol. 99, 154-162 (1998).</li>
<li>Antonyuk, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Energy+absorption+during+compression+and+impact+of+dry+elastic-plastic+spherical+granules%5BTitle%5D)+AND+%22Granul.+Matter%22%5BJournal%5D)">Energy absorption during compression and impact of dry elastic-plastic spherical granules.</a> Granul. Matter. 12, 15-47 (2010).</li>
<li>Güttler, C., Heißelmann, D., Blum, J., Krijt, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Normal+Collisions+of+Spheres%3A+A+Literature+Survey+on+Available+Experiments%5BTitle%5D)+AND+%22arXIV%22%5BJournal%5D)">Normal Collisions of Spheres: A Literature Survey on Available Experiments.</a> arXIV. , (2012).</li>
<li>Bharadwaj, R., Smith, C., Hancock, B. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+coefficient+of+restitution+of+some+pharmaceutical+tablets%2Fcompacts%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Pharm%22%5BJournal%5D)">The coefficient of restitution of some pharmaceutical tablets/compacts.</a> Int. J. Pharm. 402, 50-56 (2010).</li>
<li>Fu, J., Adams, M. J., Reynolds, G. K., Salman, A. D., Hounslowa, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+deformation+and+rebound+of+wet+granules%5BTitle%5D)+AND+%22Powder+Technol%22%5BJournal%5D)">Impact deformation and rebound of wet granules.</a> Powder Technol. 140, 248-257 (2004).</li>
<li>Sommerfeld, M., Huber, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+analysis+and+modelling+of+particle-wall+collisions%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Multiphas.+Flow%22%5BJournal%5D)">Experimental analysis and modelling of particle-wall collisions.</a> Int. J. Multiphas. Flow. 25, 1457-1489 (1999).</li>
<li>Foerster, S. F., Louge, M. Y., Chang, H., Allia, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurements+of+the+collision+properties+of+small+spheres%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Fluids%22%5BJournal%5D)">Measurements of the collision properties of small spheres.</a> Phys. Fluids. 6 (3), 1108-1115 (1994).</li>
<li>Lorenz, A., Tuozzolo, C., Louge, M. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurements+of+Impact+Properties+of+Small%2C+Nearly+Spherical+Particles%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Mech%22%5BJournal%5D)">Measurements of Impact Properties of Small, Nearly Spherical Particles.</a> Exp. Mech. 37 (3), 292-298 (1997).</li>
<li>Fu, J., Adams, M. J., Reynolds, G. K., Salman, A. D., Hounslowa, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+deformation+and+rebound+of+wet+granules%5BTitle%5D)+AND+%22Powder+Technol%22%5BJournal%5D)">Impact deformation and rebound of wet granules.</a> Powder Technol. 140, 248-257 (2004).</li>
<li>Wong, C. X., Daniel, M. C., Rongong, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Energy+dissipation+prediction+of+particle+dampers%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Sound+Vib%22%5BJournal%5D)">Energy dissipation prediction of particle dampers.</a> J. Sound Vib. 319, 91-118 (2009).</li>
<li>Louge, M. Y., Tuozzolo, C., Lorenz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+binary+impacts+of+small+liquid-filled+shells%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Fluids%22%5BJournal%5D)">On binary impacts of small liquid-filled shells.</a> Phys. Fluids. 9, 3670-3677 (1997).</li>
</ol>

למחברים אין מה לחשוף.

כדי לאמת את הפונקציונליות של מערך הניסוי באופן כללי, בדיקות עם שילובי חומרים דומים כמו בהגדרות מבוססות אחרות (Antonyuk et al.5 ו-Wong et al.13) בוצעו. מכיוון שהתקבלו תוצאות דומות מאוד, נראה שההליך הכללי עובד. עם זאת, יש לנקוט משנה זהירות כלפי ההליך ויש צורך בניתוח ושיפורים נוספים.
המגבלה העיקרית של ההגדרה הניסיונית היא איכות הסרטונים. מצד אחד, התמונות יכולות להיות מטושטשות מכיוון שהחלקיק לא בדיוק נמצא בשדה הראייה של המצלמה. כאן, החלקיק משפיע לא ממוקד לחל...

אבקות גרגירים נמצאים בכל מקום סביבנו. חיים בלעדיהם אי אפשר בחברות מודרניות. הם מופיעים מזון ומשקאות דגנים או אפילו קמח, סוכר, קפה וקקאו. הם נדרשים עבור אובייקטים בשימוש יומיומי כמו הטונר במדפסת לייזר. גם תעשיית הפלסטיק אי-אפשר לדמיין בלעדיהם, כי פלסטיק מועבר בצורה פרטנית לפני שהוא נמס נתון צורה חדשה. לאחר אניס ואח &#39;. 1 לפחות 40% מהערך המוסף למדד המחירים לצרכן של ארצות הברית של אמריקה על ידי התעשייה הכימית (חקלאות, מזון, תרופות, מינרלים, תחמושת) מחוברת לטכנולוגיה החלקיקים. Nedderman 2 אף הצהיר כי כ -50% (משקל) של מוצרי מינימום של 75% מחומרי הגלם הנם מוצקים פרטניים בתעשייה הכימית. כמו כן הצהיר כי יש נוצרים בעיות רבות הנוגעות אחסון והובלה של חומרים גרעיניים. אחת מהן היא כי במהלך ההובלה handling רבים התנגשויות להתקיים. כדי לנתח, לתאר ולחזות את ההתנהגות של מערכת חלקיקים, שיטת אלמנטים בדידה (DEM) סימולציות יכולות להתבצע. בשביל ידע סימולציות אלה של התנהגות ההתנגשות של מערכת החלקיקים הכרחי. הפרמטר המתאר התנהגות זו בהדמיות DEM הוא מקדם תקומה (COR) כי יש לקבוע בניסויים. התפאורה היא מספר המאפיינת את אובדן האנרגיה הקינטית במהלך הפגיעה כפי שתואר על ידי סייפריד et al. 3. הם הסבירו כי זו נגרמת על ידי דפורמציות פלסטיק, התפשטות גלים ותופעות viscoelastic. גם תורנטון נינג 4 ציינו כי כוחות עלולים להיות נצרכים על ידי עבודה עקב ממשק הידבקות. התפאורה תלוי מהיר השפעה, התנהגות חומר, גודל חלקיקים, צורה, חספוס, תכולת לחות, תכונות הידבקות וטמפרטורה כאמורה Antonyuk et al. 5. במשך completelהשפעת y אלסטי כל האנרגיה הנספגת מוחזר לאחר ההתנגשות, כך המהירות היחסית בין שותפי קשר שווה לפני ואחרי ההתנגשות. זה מוביל COR של e = 1. במהלך השפעת פלסטיק בצורה מושלמת את כל האנרגיה הקינטית הראשונית נספגת שותפי הקשר נדבקים זה לזה מה שמוביל COR של e = 0. כמו כן, Güttler et al. 6 הסביר כי ישנם שני סוגים של התנגשויות. מצד אחד, יש את ההתנגשות בין שני תחומים אשר ידועים גם בשם איש קשר החלקיק-חלקיק. מצד השני, יש את ההתנגשות בין כדור וצלחת כי נקראה גם קשר חלקיק-קיר. עם נתונים עבור COR ומאפיינים חומר אחר כמו מקדם החיכוך, צפיפות, מודולוס יחס גזירה פואסון סימולציות DEM ניתן לבצע כדי לקבוע את מהירויות שלאחר collisional אוריינטציות של חלקיקים כפי שהוסבר על ידי Bharadwaj et al. 7. כפי shown ב Antonyuk et al. 5, COR ניתן לחשב עם יחס של מהירות ריבאונד להשפיע מהירות. לכן התקנה ניסיונית עבור בדיקות נפילה חופשית לבחון את קשר חלקיק-קיר של חלקיקים בקוטר של 0.1 מ&quot;מ עד 4 מ&quot;מ נבנתה. היתרון של ניסויי נפילה חופשית לעומת ניסויים מואצים כמו פו et al. 8 ו סומפרלד הובר 9 הוא כי סיבוב עלול להתבטל. לפיכך, העברה בין האנרגיה הקינטית הסיבובית ו translational המשפיע על COR ניתן להימנע מכך. חלקיקים אספריים צריכים להיות מסומנים כמו פרסטר et al. 10 או לורנץ et al. 11 לקחת סיבוב בחשבון. ככל COR הוא תלוי מהיר ההשפעה, מהירויות ההשפעה בניסויים צריכים להתאים לאלה בתהליכי ההובלה וטיפול האמיתיים. בניסויי נפילות בלחץ אטמוספרי, מהירות ההשפעה מוגבלתעל ידי כוח הגרר, בעל השפעה הגוברת על גודל חלקיקים יורד. כדי להתגבר על חסרון זה, הגדרת הניסוי עובדת בתנאי ואקום. אתגר שני הוא לרדת רק חלקיק אחד בודד ומאז אפשר לאפיין את כל המאפיינים המשפיעים על COR מראש עבור חספוס פני שטח למשל הידבקות. עם הידע הזה, פקידת ההתקשרות ניתן לקבוע על פי המאפיינים של החלקיקים. לשם כך, מנגנון שחרור חדש פותח. בעיה נוספת היא הכוחות הדבקים של אבקות בקוטר נח 400 מיקרומטר. לכן, בסביבת טמפרטורה יבשה הסביבה יש צורך להתגבר על הידבקות. הגדרת הניסוי מורכבת מכמה חלקים. נוף חיצוני של הגדרת הניסוי הקיים מוצג באיור 1. ראשית, ישנו ואקום החדר כי הוא עשוי זכוכית. הוא מורכב של חלק תחתון (צילינדר), כיסוי עליון, טבעת חותם שרוול לחיבורחלקים. החלק התחתון יש שני פתחים עבור חיבור עם משאבת ואקום ואת מד ואקום. את המכסה העליון יש ארבעה פתחים. שניים מהם נחוצים מקלות של מנגנון שחרור כמתואר להלן וכן שני, שניתן להשתמש בהם עבור שיפורים נוספים של הניסוי. כל הפתחים הללו ניתן לסגור עם טבעות חותמות פקקי הברגה כשעובד בתנאי ואקום. יתר על כן, מנגנון שחרור חדש פותח מאז שימוש זרבובית ואקום כמו בניסויים רבים אחרים שתועדו בספרות (למשל פרסטר ואחות &#39;. 10, לורנץ et al. 11, פו et al. 12 או וונג ואח&#39;. 13) לא אפשרי בסביבת ואקום. המנגנון מתממש על ידי מדור גלילי עם חור קידוח חרוטים, המוחזק על ידי צלחת. זה קשור למקל שמתאים אחת ההטבעות החותמות של המכסה העליון של תא הוואקום ומבטיח התקנון של variabגובה le ראשוני עבור ניסויי הנפילה חופשית. סולם מצויר על המקל למדידת הגובה. סגירת תא החלקיקים מיושמת על ידי טיפ חרוטים של פיפטה שמחוברת שוב למקל. מנגנון המהדורה החדש ניתן לראות באיור 2 ועובד כפי שמתואר כאן: במצב ההתחלתי קצה פיפטה נדחף כלפי מטה, כך ההיקף של הקצה נוגע בקצה לקדוח חור של התא. תא סגור עם קצה פיפטה כך אין מקום חלקיק לעזוב תוך תא הבידוד דרך החור. כדי לשחרר את החלקיקים, המקל הוא משך כלפי מעלה יחד לאט מאוד עם הקצה המחובר אליו. ככל בקוטר של הקצה הולך ומצטמצם פער בין היקפו ואת הקצה לקדוח החור מתעורר שדרכו החלקיק יכול לעזוב את החדר. למרות שניתן היה לצפות סיבוב של החלקיק עם מנגנון שחרור החדש שפותח כמו החלקיק יכול &#39;רול &quot;מתוך צ&#39;אםבער, התנהגות שונה מופיעה הניסויים. איור 3 מראה את ההשפעה של חלקיק aspherical מ 50 פריימים לפני 50 פריימים אחרי ההשפעה בצעדים של 25 מסגרות. מן הצורה של החלקיקים לא סיבוב גלוי לפני השפעת (1-3) ואילו לאחר מכן זה ברור ספינים (4-5). לכן שחרורו הלא הסיבוב טען מתקיים עם מנגנון שחרור זה. מרכיב נוסף של הגדרת הניסוי הוא baseplate. למעשה ישנם שלושה סוגים שונים של baseplates מורכב מחומרים שונים. אחת עשוי נירוסטה, שנייה של אלומיניום שליש פוליוויניל כלוריד (PVC). baseplates אלה מייצגים חומרים המשמשים לעתים קרובות בהנדסת תהליך למשל בכורים וצינורות. כדי לקבוע את מהירויות השפעת ריבאונד, מצלמה במהירות גבוהה עם 10,000 fps ברזולוציה של 528 x 396 פיקסלים משמשת. תצורה זו נבחרה תמיד ישתמונה אחת ליד ההשפעה וגם הרזולוציה היא עדיין משביעה רצון. המצלמה מחוברת אל מסך שמציג סרטונים המיידיים כאשר נקלטים. זה הכרחי, כי המצלמה במהירות הגבוהה יכולה רק לחסוך כמות מוגבלת של תמונות ומחליפה את תחילת הווידאו כאשר סכום זה הוא חריג. יתר על כן, מקור אור חזק עבור התאורה של שדה הראייה של המצלמה במהירות הגבוהה נדרש. לקבלת אחידות תאורה גיליון נייר שרטוט טכני מודבק על הישבן של תא ואקום שמתפשט האור. לבסוף, משאבת שבשבת סיבובית שני שלבים משמשת להקי ואקום של 0.1 mbar וכן אמצעי מד ואקום הוואקום כדי להבטיח תנאים סביבתיים קבועים. עבור חרוזי זכוכית העבודה המוצגת כאן בקטרים ​​חלקיקים שונים (0.1-0.2, 0.2-0.3, 0.3-0.4, 0.700, 1.588, 2.381, 2.780, 3.680 ו 4.000 מ&quot;מ) משמשים. החרוזים עשויים סיד סודההזכוכית הם כדורית עם משטח די חלק.

<table><tbody><tr><td>מצלמה מהירה אולימפוס i-SPEED 3</td><td>אולימפוס</td><td></td><td>מצלמה מהירה ללכידת השפעת החלקיקים</td></tr><tr><td>מסך אולימפוס i-SPEED CDU</td><td>אולימפוס</td><td></td><td>מסך לעבודה עם המצלמה המהירה</td></tr><tr><td>מקור אור אולימפוס ILP-2</td><td>אולימפוס</td><td></td><td>מקור אור הכרחי לצילום סרטונים בקצבי פריימים גבוהים</td></tr><tr><td>משאבת ואקום אלקטל פסקל 2005 D</td><td>אלקטל</td><td></td><td>משאבת ואקום ליצירת הוואקום במהלך הניסויים</td></tr><tr><td>מד ואקום אלקטל CFA 212</td> מד ואקום <td>אלקטל</td><td></td><td>למדידת רמת הוואקום</td></tr><tr><td>i-SPEED Software Suite (גרסת בקרה)</td> תוכנת <td>אולימפוס</td><td></td><td>להערכת הסרטונים</td></tr><tr><td>חרוזי זכוכית</td><td>זיגמונד לינדנר GmbH</td><td></td><td>SiLibeads סוג P (0.700, 1.588, 2.381, 2.780, 3.680, 4.000 מ"מ) SiLibeads סוג S (0.1-0.2, 0.2-0.3, 0.3-0.4&nbsp; מ"מ) http://www.sigmund-lindner.com (ראה אתר הספק למידע נוסף על תכונות הזכוכית)</td></tr><tr><td>משקפי</td><td></td><td></td><td></td> בטיחות</tr></tbody></table>

פיתוח של התקנה ניסיונית עבור המדידה של מקדם התקומה בתנאי אבק

Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions

שיטת האלמנט הדיסקרטית משמשת הסימולציה של מערכות חלקיקים לתאר ולנתח אותם, כדי לחזות ולאחר מכן לייעל את התנהגותם לשלבים יחידים של תהליך או אפילו תהליך כולו. הסימולציה עם התרחשות קשר חלקיק-חלקיק וחלקיק-קיר, הערך של מקדם התקומה נדרש. זה יכול להיקבע באופן ניסיוני. מקדם שבת תלוי במספר פרמטרים כמו מהירות ההשפעה. במיוחד עבור חלקיקים זעירים מהירות ההשפעה תלוי בלחץ אוויר בלחץ אטמוספרי במהירויות גבוהות השפעה לא ניתן להגיע. לשם כך, התקנה ניסיונית חדשה לבדיקות נפילה חופשית בתנאי ואקום מפותחת. מקדם שבת נקבע עם מהירות השפעת הריבאונד אשר מזוהות על ידי מצלמה במהירות גבוהה. כדי לא לעכב את הנוף, ואקום החדר עשוי מזכוכית. כמו כן מנגנון שחרור חדש לרדת חלקיק אחד בודד תחת ואקוםתנאי בנוי. עקב כך, כל המאפיינים של החלקיקים ניתן לאפיין מראש.

עבור חלקיקי זכוכית ניתוח בקוטר של 100 מיקרומטר ל -4.0 מ&quot;מ נמצאו ממטוס בגובה ההתחלתי של 200 מ&quot;מ על baseplate נירוסטה עם עובי של 20 מ&quot;מ. איור 6 מציג את הערכים הממוצעים וכן מקסימלית ערכי מינימום עבור COR תלוי בגודל החלקיקים ללחץ ואקום אטמוספרי. הערך הממוצע של COR יימצא דואר כ = 0.9 עבור חלקיקים גדולים או שווים ...

מקדם שבת הוא פרמטר המתאר את אובדן האנרגיה הקינטית במהלך התנגשות. הנה, התקנת נפילה חופשית בתנאי ואקום מפותח כדי להיות מסוגל לקבוע את מקדם פרמטר שבת עבור חלקיקים בטווח מיקרומטר עם מהירויות מרשימות.

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their ...

המטרה הכוללת של מערך ניסוי זה היא למדוד את מקדם ההשבה של חלקיקים המתנגשים בתנאי ואקום. שיטה זו עשויה לתרום לפתרון בעיות הנדסיות, מאחר שמקדם ההשבה רלוונטי לכל פעולה הנדסית, כגון הובלה, טיפול ואחסון של מוצקים גרנולריים בתעשייה ההנדסית. היתרון המרכזי של שיטה זו הוא שניתן להחילו אותה על אבקות דקות בתנאי ואקום, מבלי להאיץ את החלקיק בעת כניסתו לתא.סוון דרוקר, סטודנט לתואר שני מהמעבדה שלי, ידגים את הפרוצדורה. הוא עובד במסגרת פרויקט בשם Pardem. לעבודה עם חלקיקים בכל גודל, הסיר תחילה את השרוול המכסה את תא הוואקום והרם את המכסה העליון.לאחר מכן, הכניסו לתא את תחתית המערכת (base-plate) בעלת חומר הדופן הרצוי. כעת, סובבו את חלקו התחתון של תא הוואקום הצידה והחליקו בזהירות את תחתית המערכת למיקומה. לאחר מכן, בעזרת פינצטה, הניחו בדיוק חלקיק אחד בגודל ידוע במרכז תחתית המערכת.לאחר מכן, כוון את מיקומו של מצלמת וידאו במהירות גבוהה המותקנת על חצובה, כך שפלטת הבסיס תהיה ברבע התחתון של שדה הראייה והפוקוס יהיה על החלקיק. הגדר את המצלמה המהירה להקליט 10,000 פריימים לשנייה ברזולוציה של 528 על 396 פיקסלים. לאחר מכן, צלם סרטון קצר של החלקיק למטרות התייחסות.אל תשכחו להוציא את החלקיק לאחר מכן. בעת עבודה עם חלקיקים בגודל 700 מיקרון או גסים יותר, כווננו תחילה את גובה תא החלקיקים כדי להגיע למהירות הפגיעה הרצויה. מדדו את הגובה באמצעות הסרגל המחובר ללוח התמיכה.לאחר מכן, סגרו את תא החלקיקים באמצעות קצה של פפטה. כעת, הרימו את המכסה העליון של תא הוואקום והכניסו כדור בודד אחד לתוך תא החלקיקים באמצעות פינצטה. דוגמה זו מציגה כדור מוצק.עם זאת, ניתן לבחון גם כדורים מלאים בנוזל. הניחו את המכסה העליון על החלק התחתון של תא הוואקום וחברו את המכסה העליון ואת החלק התחתון של תא הוואקום באמצעות השרוול. כעת, חבשו משקפי מגן לפני יצירת הוואקום.בעזרת המשאבה, רוקנו את התא עד להשגת הלחץ הרצוי. לחץ היעד בהדגמה זו הוא 0.1 millibars. לאחר מכן, סגרו את השסתום שבצד התא וכבו את המשאבה.בשלב זה, התחילו את הקלטת הווידאו. תוך כדי ההקלטה, פתחו את החור של תא החלקיקים כדי לשחרר את החלקיק, ובמקביל משכו וסובבו את המקל המחובר לקצה הפפיטה. פעולה זו תמנע בעיות של stick-slip הנובעות מחיכוך גבוה בין המקל לטבעת האיטום.מיד לאחר התרחשות הפגיעה, הפסיקו את ההקלטה. ניתן לשמור מספר מוגבל של פריימים, והפריימים הראשונים נדרסים ברגע שהמכסה נחלה. גזרו את הסרטון סביב רגע הפגיעה על גבי המסך, ושמרו אותו בכרטיס הזיכרון.יש לצפות לחזור על הניסוי כ-10 פעמים כדי לקבל ערך ראשי מדויק. בעבודה עם חלקיקים קטנים יותר, השתמשו בעיקר באותו הליך עם מספר שינויים. העמיסו 50 עד 100 כדורים על דף נייר מקופל, והעבירו את החלקיקים אל תוך התא מהנייר.בעת משיכת המקל בתחילת הניסוי, משוך אותו באיטיות רבה כדי למנוע מכל החלקיקים ליפול בו-זמנית. בעת חיתוך הסרטון, עשה זאת כך שלפחות 10 פגיעות ממוקדות בבירור יהיו גלויות. לפני הערכת הנתונים, יש להגדיר תחילה את כיול התוכנה.טענו פריים עם החלקיק בעל הגודל הידוע שהתקבל במהלך ההגדרה. לאחר מכן, ספרו את מספר הפיקסלים של הקוטר האופקי וחלקו את המרחק הידוע במספר הפיקסלים כדי לקבל את מקדם ההמרה, מרחק לכל פיקסל. הציר האופקי נוח יותר לשימוש בשל הניגודיות שבין החלקיק לרקע הלבן.כדי לחשב את מהירות הפגיעה, הגדירו נקודת ייחוס לתנועה בחלק העליון של הספרה 10 פריימים לפני נקודת הפגיעה, ונקודת ייחוס שנייה פריים אחד לפני הפגיעה. השתמשו במספר הפיקסלים בין שתי הנקודות ובמקדם ההמרה כדי לחשב את המרחק שעבר הגוף. לאחר מכן, חלקו את המרחק בזמן שחלף בין תשעת הפריימים כדי לקבל את מהירות הפגיעה.כדי לחשב את מהירות הזינוק, השתמשו בנקודות ייחוס בחלקו העליון של הכדור, פריים אחד לאחר הפגיעה ועשרה פריימים לאחר הפגיעה. לבסוף, חשבו את מקדם ההחזר, או COR, כיחס בין מהירות הזינוק למהירות הפגיעה. חזרו על כל השלבים הללו כדי להעריך את כל סרטוני מבחני ההפלה שהוקלטו.חלקיקי זכוכית בעוביית קטרים של 100 מיקרון עד ארבעה מילימטרים הופלו מגובה ראשוני של 200 מילימטרים על פלטת בסיס מפלדת אל חלד בעובי של 20 מילימטרים. ערך הממוצע של ה-COR היה כ-0.9 עבור חלקיקים של 700 מיקרון ומעלה. תוצאה זו הייתה בלתי תלויה בלחץ האוויר.עבור חלקיקים בעלי קוטר של פחות מ-400 מיקרונים, ה-COR היה כמעט קבוע עם ערך של 0.9 בתנאי ואקום. תחת לחץ אטמוספרי, מקדם ההחזר פחת עם קוטר החלקיק. התוצאות עבור מהירות הפגיעה תלויות בגודל החלקיק ובלחץ האטמוספרי.אבקות דקות היו איטיות הרבה יותר תחת לחץ אטמוספרי, בעוד שמהירות הפגיעה שלהן פחתה רק במעט בתנאי ואקום. הנתונים הראו מספר חריגות בולטות ב-700 מיקרון שעשויות היו להיגרם מכליבור שגוי. לאחר צפייה בסרטון זה, צריכה להיות לכם הבנה טובה כיצד למדוד את מקדם ההשבה בניסויי נפילה חופשית בתנאי ואקום.לאחר השליטה בשיטה, ניתן לבצע אותה בשעה וחצי עבור 10 חלקיקים, במידה והיא מיושמת כראוי. זכרו כי עבודה עם גליל זכוכית בתנאי ואקום היא מסוכנת ביותר, ויש לנקוט תמיד באמצעי זהירות.

development-an-experimental-setup-for-measurement-coefficient

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

מאמר זה מדגים את ההליך הניסיוני למדידת מהירויות יישוב סופניות של חלקיקים כדוריים בנוזלים ויסקואלסטיים דלילים על בסיס פעילי שטח. נוזלים על פני מגוון רחב של תכונות ראולוגיות מוכנים ומהירויות יישוב נמדדים עבור מגוון של גדלי חלקיקים בנוזלים ונוזלים ללא גבולות בין קירות מקבילים.

מדידה ניסיונית של מהירות יישוב של חלקיקים כדוריים בנוזלים ויסקואלסטיים לא מכופתרים ומרותקים על בסיס חומרים פעילי שטח

כאן, אנו מציגים פרוטוקול למדידה, ברזולוציה מרחבית גבוהה, את לחץ פני השטח הלא יציב בזרימות טורבולנטיות. שיטה זו מדגימה את הבנייה של בדיקת מיקרופון מרוחקת (RMP) ואת קביעת פונקציית ההעברה המורכבת התלויה בתדר שלה. קביעה אנליטית של התגובה הדינמית מוצגת ומאומתת.

המדידה לחץ Surface בלתי עמיד באמצעות בדיקת מיקרופון מרחוק

כאן אנו מתארים כיצד לבנות מנגנון הובלת קפיץ חזק עבור מד רוטור מסתובב. מכשיר זה משתק היטב את הרוטור ושומר עליו בוואקום במהלך ההובלה. אנו מתארים גם אריזות הממזערות את הסיכון לנזק במהלך ההובלה. בדיקות מראות שהעיצוב שלנו עובד עבור זעזועים אופייניים במהלך ההובלה.

כיצד לבנות חבילה הכוללת טיסה-אביב אבק עבור ספינינג Rotor מחוונים

מוצג פרוטוקול למדידת שיעורי פליטת גזים של מימן מתאי ואקום פלדה רגילים בשיטת עליית קצב הלחץ.

מדידת שיעורי Outgassing של פלדות

שיטה אנלוגי השפעול נגיש עבור לימוד תהליכי hydrodynamic מולקולרית צפופה נוזלים מוצג. הטכניקה משתמשת חלקיקים velocimetry תמונה של ערימות התבואה זז, גבוהה-פיצוי ומאפשר תצפית ישירה, מאקרוסקופית של תהליכים דינמיות ידוע והוא ניבא קיימת אינטראקציה חזקה, גבוהה צפיפות גזים ונוזלים.

טכניקת מאקרוסקופית אנלוגי לימוד תהליכי Hydrodynamic מולקולרית צפופה גזים ונוזלים

פרוטוקול זה מדגים כיצד להכין מדגם בריקט ולנהל ניסוי דחיסה uniaxial עם בריקט ב שונים2 לחצים באמצעות דמיינו וקבוע-נפח מוצק דלק מערכת הבדיקה צימוד. זה גם מטרתו לחקור שינויים מבחינת התכונות הפיזיות והמכאניות של הפחם הנגרמת על ידי שיתוף2 adsorption.

הניסוי דחיסה Uniaxial עם שיתוף2-הנושאת פחם באמצעות דמיינו ובאופן קבוע נפח גז-מוצק צימוד מערכת בדיקה

הפרוטוקול נועד לחקור את האינטראקציה בין טיפות ומצעים סופר הידרופובי באוויר. זה כולל כיול מערכת המדידה ומדידת כוח האינטראקציה על מצעים סופר הידרופובי עם שברים ברשת שונים.

מדידת הכוח האינטרקציה בין Droplet למצע סופר-הידרופובי בשיטת המנוף האופטי

התכונות הוויסקואלסטיות של הריר ממלאות תפקיד קריטי בפינוי הריריות. עם זאת, טכניקות ריאולוגיות מסורתיות של ריר דורשות גישות מורכבות וגוזלות זמן. מחקר זה מספק פרוטוקול מפורט לשימוש ברומטר ספסל שיכול לבצע במהירות ובאמינות מדידות ויסקואלסטיות.

אפיון ויסקואלסטי מהיר של ריר דרכי הנשימה באמצעות רומטר בנצ'טופ

הפרוטוקול הנוכחי מתאר מכשיר לבדיקת חיכוך המחיל החלקה הדדית בו-זמנית ועומס רגיל על שני גופנים ביולוגיים שבאים במגע.

בדיקת חיכוך- התקן ביוריאקטור לחקר ביומכניקה של מפרקים סינוביאליים, מכניוביולוגיה וויסות פיזיקלי

פרוטוקול זה מציג את התצורה של מכשיר בדיקת דחיסה המסוגל למדוד במדויק את התכונות המכאניות של מיקרו-מבנים באזור המתח הקטן, יחד עם שיטה שיטתית לבדיקות דחיסה באמצעות מכשיר זה. המכשיר המוצע יכול לשמש לניתוח מיקרו-מבנים שונים והתנהגות מכנית של חומרים מבוססי פולימר.

מדידת תגובת מאמץ-עיוות דחיסה בעיוותים קטנים

למד כיצד למדוד את מקדם ההתקומה של חלקיקים מתנגשים בתנאי אבק באמצעות התקנה ניסיונית לנפילה חופשית. שיטה זו מאפשרת מדידות מדויקות של אבקות עדינות ללא האצה מוקדמת ותורמת לפתרון בעיות הנדסיות בטיפול בחומרים גרעוליים.

פיתוח של התקנה ניסיונית עבור המדידה של מקדם התקומה בתנאי אבק

גלה סרטונים נוספים