Name: ההשפעות של התחומים צניחה חופשית על בריכה עמוק נוזלי עם נוזל שינו ותנאי השטח Impactor (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-02-17T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 49 s
Description: חקור את השפעות שינויי משטחים על דינמיקת נוזלים באמצעות ניסויי כדורים בנפילה חופשית לבריכה. למד שיטות להכנת כדורים הידרופוביים, ויזואליזציה של התזות וחילוץ נתונים.

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

המחברים רוצה להכיר את המכללה האקדמית להנדסה ואת המחשב מדעי (CECS)-אוניברסיטת מרכז פלורידה למימון הפרויקט, יהושע Bom, כריס Souchik עבור התזה דימויים וסמית ניקולס למשוב יקרי ערך.

1. הגדרת הניסוי עבור השפעות אנכי
<ol><li>למלא מיכל מים שקוף של מידות כ 60 ס"מ x 30 ס מ x 36 ס מ (אורך x משקל x עומק) עם 32 לליטר מים, הר סרגל מד ('סולם חזותי') אנכית בתוך המכל כך הבסיס יושב על גבי הנוזל, כפי שניתן לראות באיור 1a. הערה: עומק ורוחב של הטנק חייב להיות גדול מ- 20 פעמים הקוטר של מרחבי הגדול בשימוש הניסוי כדי להבטיח קיר תופעות זניח9. מהירויות ערך גדול יותר מאשר אלה המתוארים כאן רצון מחייבים טנק ועומק. הסולם חזותי המשמש לקביעת גבהים טיפה וכיול של תוכנת מעקב נדון בסעיף 7.</li>
	<li>המקום סרגל מד נוספים מתחת למים, אשר יכול לפעול להגדלת מידות. סולם חזותי זה משמש לכיול מעקב תוכנה למדידות מתחת למים.</li>
	<li>לבנות פלטפורמה צירים ('מנגנון השחרור") משהה את הספירות מעל הנוזל, מסובב כלפי מטה, כדי להשיג יותר כוח המשיכה במיקום impactor כאשר שוחרר, וקולו האצת כפי שניתן לראות באיור 1a. סיבוב מהיר מושגת על-ידי חיבור פלטפורמת תלייה למרכז של הרכיב תמיכה באמצעות גומיות. התוצאה היא impactor לא נתמך, לא מסתובב. הערה: פלטפורמת בקלות מפוברק עם מדפסת תלת-ממד.</li>
	<li>לניסויים ההשפעה, במקום האגודל בסיס של פלטפורמת תלייה, לסובב אותו ב- 90° למיקום האופקי למיקום של ספירות מעל הנוזל. שים לב: התנצלות מופעלת כאשר האגודל הוא שוחרר מן הבסיס של הפלטפורמה.</li>
	<li>מוספית את מנגנון השחרור כדי עמדה אביק, כך ניתן להתאים את המכשיר לגבהים שונים.</li>
	<li>המקום התשובה לעמוד ליד הטנק כך מנגנון השחרור נמצא אותו מישור עומק כקנה המידה חזותי. להוסיף משקל הבסיס של העמדה אביק כנדרש, כדי למנוע הפלת.</li>
	<li>התאם את מנגנון השחרור עד לגובה המרבי הרצוי ושחרר ניסיוני. זה הוא הכרחי עבור ויזואליזציה אופטימלית התזה כמפורט בסעיף 6 ומבטיחה שהמאפיינים הפתיחה של עניין הם תמיד בתוך מסגרת צפייה של המצלמה.</li>
	<li>צרף רב הוביל אור זרוע לבטא כך האור נטענה מעל המצלמה, להסתכל למטה אל השפרצה. תאורת לבד לא מספיק להאיר את הסצנה במחירים מסגרת גבוהה נדרשת כדי לחלץ הפתיחה קינמטיקה. הערה: אחד לא יכול להיות יותר מדי אור.</li>
	<li>במקום מסך שחור בתוך מיכל המים כדי לסייע ויזואליזציה הפתיחה, חלל, כפי שניתן לראות באיור2.</li>
	<li>הצב בולם זעזועים הגנה על זכוכית, כגון ספוג תאים סגורים, בתחתית מיכל מים ולצרף עם משקולות כדי למנוע את התחדשות. הערה: גובה הנוזל במיכל צריך להיות כזה כי הספירה אינו פועל עם בולם זעזועים לפני קמצוץ לחלל האוויר את10.</li>
</ol>2. שליטה הפרמטרים שהוא
<ol><li>לערוך ניסויים עם הספירות חלקה של ההמונים קטרים שונים. בשביל זה, polyoxymethylene (למשל, דלרין) מטבע להכנת כדורי עובד טוב במיוחד ויש אין קו חלק עובש. למדוד גושים, קטרים עם איזון האנליטי, caliper ורניה, בהתאמה.</li>
	<li>לערוך ניסויים על טווח גבהים H כדי ליצור המהירות <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59300/59300eq1.jpg"> בו <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59300/59300eq2.jpg"> m/s2 הוא התאוצה בשל כוח המשיכה. למדוד את גובה עם קנה המידה חזותי בתוך מסגרת המצלמה. הערה: השתמש בתכונה אוטומטי מעקב בכלי ניתוח וידאו כפי שפורט בסעיף 7 כדי למדוד את המהירות.</li>
	<li>לערוך ניסויים עם נוזל תערובות של מים, פיתחה מתאים (למשל, גליצרין או סבון) כדי לשנות את מתח הפנים. מודדים מתח עם tensiometer פני השטח.</li>
	<li>לחשב את מספרי ריינולדס <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59300/59300eq3.jpg"> ומספרים וובר <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/59300/59300eq4.jpg"> , שבו ρ היא צפיפות הנוזל, D הוא קוטר כדור, μ הוא צמיגות דינאמית של נוזל, σ מתח הפנים של הנוזל.</li>
</ol>3. שמירה על תנאים סניטריים ניסיוני
<ol><li>לערוך ניסויים בעת לבישת תעשייתי nitrile כפפות ולאחזר הספירות ממיכל מים עם סקופ מנוקה. התראה: העור באופן טבעי מייצרת שמנים אשר יכולים להשפיע על wettability של impactors. ויכתים תנאים נוזלים.</li>
	<li>לנקות את הכדורים עם 99% אלכוהול איזופרופיל ולאפשר לייבוש על 1 דקות בין ניסויים לצמצם את ההשפעה של זיהומים.</li>
	<li>אם באמצעות בדים כי להתפרק תוך כדי המכה, להחליף את המים במיכל אחרי כל משפט אם שאריות אין אפשרות לאסוף באופן ידני.</li>
	<li>בסוף הניסוי, לרוקן את המיכל ולהשאיר לו להתייבש.</li>
	<li>לפני ניסוי, לנקות את המיכל במים כדי להסיר כל הטומאות.</li>
</ol>4. שכבות את השטח עם בדים נחדרת
<ol><li>להפריד את הבד לתוך כיכר או עגולה עננים נים לקראת מבחנים ההשפעה. השתמש caliper ורניה דחוס עובי הבד. הערה: עובי הבד ישתנה כאשר הוא רטוב.</li>
	<li>לנוח בעדינות את המרקם יבש על גבי המשטח של הבריכה נוזלי. ודא עננים נים לא מתחילים את הירידה לפני שחרורו impactor להחליף בדים מיד לאחר התנגשות.</li>
	<li>השתמש סקופ מנוקה כדי למקם את הבד מתחת לרציף צירים לפני שחרור הספירות.</li>
	<li>(אופציונלי) לבצע את הבדיקות הבאות באמצעות דגימה בד עבור אפיון חומרים.<ol>
<li>לבצע בדיקות באמצעות כבודק מתיחה כדי לקבוע את הנפח של המדגם.</li>
		<li>השתמש מיקרוסקופ דיגיטלי כדי לקבל תצפית מיקרוסקופית של הבד, לקבוע אורך סיבים באמצעות כלי דימות.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. הכנת הספירות כימית הידרופובי
<ol><li>תרסיס הבסיס הידרופובי מעיל כ 15-30 ס מ פני כדור. הימנע לספוג את פני השטח. . תן לזה להתייבש 1\u20122 דקות לפני הוספת ציפויים נוספים. החלת שתי שכבות בסיס נוסף. לאפשר לו להתייבש במשך 30 דקות לפני החלת השכבה העליונה. הערה: המספר של השטח נוספים עשויים להשתנות בהתאם להמלצות יצרן המוצר.</li>
	<li>תרסיס העליון הידרופובי מעיל כ 15-30 ס מ מפני הקרקע. הימנע לספוג את פני השטח. . תן לזה להתייבש למשך 1-2 דקות לפני הוספת ציפויים נוספים. להחיל ציפוי עוד שניים או שלושה של המעיל העליון. אפשר להתייבש למשך 30 דקות לשימוש אור ו- h 12 לשימוש מלא. הערה: המספר של מעילים משטח נוספים עשויים להשתנות בהתאם להמלצות יצרן המוצר.</li>
	<li>לאחר כ-20 ניסויים, הופך ציפוי הידרופובי נפגעו עקב טיפול מופרז. להסיר את ציפוי עם 99% איזופרופיל וחזור על שלבים 5.1 ו- 5.2.</li>
</ol>6. סינכרון מצלמות להמחשת הפתיחה
<ol><li>הניחו מצלמה במהירות גבוהה עם עדשה מתאימה בניצב לציר ההשפעה ואת בשורה עם פני השטח של הנוזל. הערה: 55 מ"מ עדשה מעולה מספק נקודת התחלה טובה.</li>
	<li>היכן בדים כדי לשמש, להוסיף מצלמת מהירות גבוהה נוספים הניסוי כדי לספק מבט מלמעלה על ההשפעות, כפי שניתן לראות באיור 1b.</li>
	<li>סנכרן מצלמות מרובות למחשב באמצעות השלבים הבאים.<ol>
<li>להתחבר משני המסופים פלט של המצלמה אופקית משני המסופים קלט של המצלמה נוספים באמצעות כבלים BNC.</li>
		<li>לחבר את המתג על ההדק למצלמה אופקי בלבד.</li>
		<li>מתחברים כבלי Ethernet של שתי המצלמות נתב מנותק מהרשת מחובר למחשב. הערה: בהעדר נתב, לחבר כבלי Ethernet של מצלמות כדי להפריד בין מחשבים.</li>
	</ol>
</li>
	<li>בתוכנה רכישה וידאו, להגדיר את המצלמות עם ההגדרות הבאות. לקבוע במסגרת שיעור מינימלי של 1,000 fps, להגדיר את רזולוציית המסך לרזולוציה הרצויה. הגדר את מהירות תריס 1 לכל מסגרת השני וקבעו מפעיל מצב לסיים.</li>
	<li>מהגובה המרבי שחרור מבצעים סדרת הניסיונות כדי להבטיח כי הג'טס וורת'ינגטון בתוך מסגרת הווידאו.</li>
	<li>להתאים את מיקום המצלמה ואת המיקוד בהתאם עד איכות ההדמיה הרצויה מושגת.</li>
	<li>לאחר ההקלטה, לחלץ מדידות קנטית ו גיאומטריות מ וידאו באמצעות כלי ניתוח וידאו מתאימים. להשתמש Tracker, כלי ניתוח פתוח או כל תוכנה של יכולת השוואתי.</li>
</ol>7. דיגיטציה ההשפעה קינמטיקה עם תוכנת המעקב
<ol><li>בחר כיול סטיק מארגז הכלים המעקב ולהתאים אותו הסולם חזותי (איור 2 א), שהופך את המקל ארוכה ככל האפשר.</li>
	<li>לחץ על כיול סטיק והגדר את הערך של שינוי קנה מידה לאורך הסולם חזותי שמקיפות את המקל. כלומר, אם המקל כיול משתרע על 1 ס מ על סולם חזותי, להגדיר קנה מידה ל- 1. הערה: פעולה זו מבטיחה המידות שנלקחו תוכנה הם לפי סדר סנטימטרים.</li>
	<li>החלף מצב וידאו השמעה על-ידי לחיצה על התחל והפסק ולהגדיר וידאו על המסגרת הרצויה.</li>
	<li>בחר מקל מדידה מארגז הכלים המעקב ולחלץ הפתיחה הכתר גובה k, חלל רוחב b, חלל עומק lווורת'ינגטון סילון גובה h, כפי שניתן לראות באיור 2b,c. הערה: מקל מדידה מתכוונן בשני קצותיו, וניתן להשתמש בו זמנית עם אזורים אחרים בארגז הכלים.</li>
	<li>בחר מד-זווית מארגז הכלים המעקב ומדידת זווית ההפרדה q של נוזל ביחס impactor, כפי שניתן לראות באיור 2b. מד מתכוונן בשני קצותיו, וניתן להשתמש בו זמנית עם אזורים אחרים בארגז הכלים.</li>
	<li>בחר את התכונה למעקב אוטומטי אחר התוכנה כדי להקליט את המיקום הזמני ונתונים מהירות. מתי מעקב הוא קטוע בגלל חוסר בהירות וידאו, שימוש ידנית שטרי עד בהירות מתקבל או למעקב אוטומטי אחר הוא חידש.</li>
</ol>

<ol><li>Watson, D. A., Stephen, J. L., Dickerson, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Jet+amplification+and+cavity+formation+induced+by+penetrable+fabrics+in+hydrophilic+sphere+entry%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Fluids%22%5BJournal%5D)">Jet amplification and cavity formation induced by penetrable fabrics in hydrophilic sphere entry.</a> Physics of Fluids. 30, 082109(2018).</li>
<li>Truscott, T. T. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Cavity+dynamics+of+water+entry+for+spheres+and+ballistic+projectiles%22">Cavity dynamics of water entry for spheres and ballistic projectiles</a>. , Massachusetts Institute of Technology. Doctor of Philosophy Thesis (2009).</li>
<li>Truscott, T., Techet, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water+entry+of+spinning+spheres%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Water entry of spinning spheres.</a> Journal of Fluid Mechanics. 625, 135(2009).</li>
<li>Techet, A., Truscott, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water+entry+of+spinning+hydrophobic+and+hydrophilic+spheres%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fluids+and+Structures%22%5BJournal%5D)">Water entry of spinning hydrophobic and hydrophilic spheres.</a> Journal of Fluids and Structures. , 716(2011).</li>
<li>Zhao, S., Wei, C., Cong, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Numerical+investigation+of+water+entry+of+half+hydrophilic+and+half+hydrophobic+spheres%5BTitle%5D)+AND+%22Mathematical+Problems+in+Engineering%22%5BJournal%5D)">Numerical investigation of water entry of half hydrophilic and half hydrophobic spheres.</a> Mathematical Problems in Engineering. 2016, 1-15 (2016).</li>
<li>Worthington, A. M., Cole, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+with+a+liquid+surface+studied+by+the+aid+of+instantaneous+photography%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society+of+London%22%5BJournal%5D)">Impact with a liquid surface studied by the aid of instantaneous photography.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 137, 137(1897).</li>
<li>Worthington, A. M., Cole, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+with+a+liquid+surface+studied+by+the+aid+of+instantaneous+photography.+Paper+II%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society+of+London%22%5BJournal%5D)">Impact with a liquid surface studied by the aid of instantaneous photography. Paper II.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society of London. , 175(1900).</li>
<li>Duez, C., Ybert, C., Clanet, C., Bocquet, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Making+a+splash+with+water+repellency%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Physics%22%5BJournal%5D)">Making a splash with water repellency.</a> Nature Physics. 3, 180-183 (2007).</li>
<li>Tan, B. C. W., Thomas, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+an+upper+layer+liquid+on+the+phenomena+and+cavity+formation+associated+with+the+entry+of+solid+spheres+into+a+stratified+two-layer+system+of+immiscible+liquids%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Fluids%22%5BJournal%5D)">Influence of an upper layer liquid on the phenomena and cavity formation associated with the entry of solid spheres into a stratified two-layer system of immiscible liquids.</a> Physics of Fluids. 30, 064104(2018).</li>
<li>Shin, J., McMahon, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+tuning+of+a+splash%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Fluids%22%5BJournal%5D)">The tuning of a splash.</a> Physics of Fluids. 2, 1312-1317 (1990).</li>
<li>Krishnan, S. R., Seelamantula, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+selection+of+optimum+Savitzky-Golay+filters%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Signal+Processing%22%5BJournal%5D)">On the selection of optimum Savitzky-Golay filters.</a> IEEE Transactions on Signal Processing. 61, 380-391 (2013).</li>
<li>Cheny, J., Walters, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extravagant+viscoelastic+effects+in+the+Worthington+jet+experiment%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Non-Newtonian+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Extravagant viscoelastic effects in the Worthington jet experiment.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 67, 125-135 (1996).</li>
<li>Castillo-Orozco, E., Davanlou, A., Choudhur, P. K., Kumar, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Droplet+impact+on+deep+liquid+pools%3A+Rayleigh+jet+to+formation+of+secondary+droplets%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Droplet impact on deep liquid pools: Rayleigh jet to formation of secondary droplets.</a> Physical Review E. 92, (2015).</li>
<li>Aristoff, J. M., Truscott, T. T., Techet, A. H., Bush, J. W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+water+entry+cavity+formed+by+low+bond+number+impacts%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Fluids%22%5BJournal%5D)">The water entry cavity formed by low bond number impacts.</a> Physics of Fluids. 20, 091111(2008).</li>
<li>Aristoff, J., Bush, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water+entry+of+small+hydrophobic+spheres%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Water entry of small hydrophobic spheres.</a> Journal of Fluid Mechanics. 619, 45-78 (2009).</li>
<li>Aristoff, J., Truscott, T., Techet, A., Bush, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+water+entry+of+decelerating+spheres%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Fluids%22%5BJournal%5D)">The water entry of decelerating spheres.</a> Physics of Fluids. 22, (2010).</li>
<li>Truscott, T., Epps, B., Techet, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unsteady+forces+on+spheres+during+free-surface+water+entry%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Unsteady forces on spheres during free-surface water entry.</a> Journal of Fluid Mechanics. 704, 173-210 (2012).</li>
<li>Truscott, T. T., Epps, B. P., Belden, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water+entry+of+projectiles%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Water entry of projectiles.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 46, 355-378 (2013).</li>
<li>Gekle, S., Gordillo, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+and+breakup+of+Worthington+jets+after+cavity+collapse+part+1%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Generation and breakup of Worthington jets after cavity collapse part 1.</a> Journal of Fluid Mechanics. 663, 293-330 (2010).</li>
<li>Cross, R., Lindsey, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+the+drag+force+on+a+falling+ball%5BTitle%5D)+AND+%22The+Physics+Teacher%22%5BJournal%5D)">Measuring the drag force on a falling ball.</a> The Physics Teacher. 169, (2014).</li>
<li>Cross, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vertical+impact+of+a+sphere+falling+into+water%5BTitle%5D)+AND+%22The+Physics+Teacher%22%5BJournal%5D)">Vertical impact of a sphere falling into water.</a> The Physics Teacher. , 153(2016).</li>
<li>Dickerson, A. K., Shankles, P., Madhavan, N., Hu, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mosquitoes+survive+raindrop+collisions+by+virtue+of+their+low+mass%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Mosquitoes survive raindrop collisions by virtue of their low mass.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (25), 9822-9827 (2012).</li>
<li>Dickerson, A. K., Shankles, P., Hu, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Raindrops+push+and+splash+flying+insects%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Fluids%22%5BJournal%5D)">Raindrops push and splash flying insects.</a> Physics of Fluids. 26, 02710(2014).</li>
</ol>

המחברים אין לחשוף.

פרוטוקול זה מתאר את תכנון ניסויים ושיטות עבודה מומלצות עבור חקירות של כדורים צניחה חופשית אל בריכת עמוק נוזלי. נתחיל על-ידי סימון השלבים הנחוצים עבור קביעת תצורה של הניסוי על השפעות אנכי. זה חשוב ליצור סביבה הפתיחה האידיאלית עם השימוש ההתזה גדול מספיק כך קיר תופעות זניח9ו סולם חזותי מתאים עבור חילוץ קינמטיקה12,13,14 ,15,16,<...

אפיון dynamics הפתיחה הנובעים אנכי ההשפעות של חפצים מוצקים על בריכת עמוק נוזלי1 ישימה ליישומים צבאיים, ימיים ותעשייתיים כגון טילים בליסטיים השקה הפוסט ו ים משטח נחיתה2, 3,4,5. המחקרים הראשונים של מים ערך נערכו טוב לפני יותר ממאה6,7. כאן, אנו להקים פרוטוקולים ברור מעמיק ו- best practices להשגת תוצאות עקביות לחקירות הזנת מים. כדי לסייע חוקי תכנון ניסויים, שיטה מוצג עבור תחזוקה של תנאים סניטריים, שינוי של התנאים פנים, שליטה על פרמטרים שהוא, שינוי כימי של משטח impactor, והדמיה של splash קינמטיקה.
ההשפעות אנכי של התחומים הידרופילית צניחה חופשית על הנוזל השבתה הדרגתית מראים שום סימן של מלכודת האוויר במהירויות נמוכות8. אנו מוצאים כי המיקום של בדים נחדרת דק על גבי המשטח נוזלים גורמת היווצרות חלל עקב זרימה מאולצת הפרדה1. כמות הדל של בד על פני מגביר להתיז על פני טווח של מספרים וובר מתון בעוד שכבות מספיקות נחלש מתיז הספירות להתגבר על הגרירה-כניסה נוזלים1. במאמר זה, נסביר פרוטוקולים מתאימים להקמת את ההשפעות של חוזק חומרים על כניסת מים הספירות הידרופילית.
חלל ויוצרים פרצים מ הידרופוביות impactors להראות הכתרתה של כתר הפתיחה מפותח, ואחריו בליטה של המטוס העיקרי גבוה מעל פני השטח כאשר לעומת עמיתיהם שלהם מים-חן8. כאן, אנו מציגים גישה להשגת מים repellency דרך כימית שינוי פני השטח של הספירות הידרופילית.
עם כניסתו של מצלמות מהירות גבוהה, ויזואליזציה הפתיחה ואפיון הפכו יותר להשגה. למרות זאת, מבוססת תקנים בתחום קוראים לשימוש של מצלמה בודדת אורתוגונלית לציר הראשי של נסיעות. אנו מראים כי השימוש של מצלמת מהירות גבוהה נוספים עבור תצוגות ממעל יש צורך adjudge הספירות להכות את המיקום המיועד.

<table><tbody><tr><td>מדפסת תלת מימד</td><td>FlashForge</td><td>Creator Pro</td><td>שחול כפול</td></tr><tr><td>אלכוהול</td><td>ברבור</td><td>M314</td><td>99% איזופרופיל</td></tr><tr><td>BNC כבלים</td><td>Thorlabs</td><td>2249-C-24</td><td></td></tr><tr><td>קליפר</td><td>בכל עת כלים</td><td>203185</td><td>מצלמת חיוג</td></tr><tr><td></td><td>Photron</td><td>Mini AX-100</td><td>16GB מחשב זיכרון RAM</td></tr><tr><td></td><td>Dell</td><td>Windows 7 Pro</td><td></td></tr><tr><td>בד</td><td>ג'ורג'יה פסיפיק</td><td>19378</td><td>נייר טואלט</td></tr><tr><td>בד</td><td>Kleenex</td><td>10036000478478</td><td>רקמות</td></tr><tr><td>חותך לייזר</td><td>Glowforge</td><td>אורות בסיסיים</td><td></td></tr><tr><td></td><td>GS Vitec</td><td>LT-V9-15</td><td>מיקרוסקופ רב LED</td></tr><tr><td></td><td>Keyence</td><td>VHX-900F</td><td></td></tr><tr><td>מעמד רטרט</td> דיגיטלי <td>VWR</td><td>VWRF08530.083</td><td></td></tr><tr><td>נתב</td><td>ASUS</td><td>RT-N12</td><td>כבוי</td></tr><tr><td>סרגל</td> רשת <td>Westcott</td><td>10432</td><td>מטר סרגל</td></tr><tr><td>תוכנה</td><td>גשש</td><td>קוד פתוח</td><td>תוכנת ניתוח וידאו</td></tr><tr><td></td><td>Photron</td><td>Fastcam Viewer</td><td>הקלטת וידאו</td></tr><tr><td>כדור</td><td>אמזון</td><td>8DELSET</td><td>Delrin</td></tr><tr><td>ספריי</td><td>חלודה-אוליאום</td><td>274232</td><td>דוחה מים</td></tr><tr><td>פעילי שטח</td><td>שחר</td><td>37000973782</td><td>סבון נוזלי</td></tr><tr><td>פעילי שטח</td><td>USP כשר</td><td>5 ליטר</td><td>גליצרין</td></tr><tr><td>בודק מתיחה</td><td>MTS</td><td>דגם 42</td><td></td></tr><tr><td>מתג הדק</td><td>מיכל מים בהתאמה אישית</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>מר אקווה</td><td>MA-730</td><td>זכוכית לא מחוסמת</td></tr></tbody></table>

ההשפעות של התחומים צניחה חופשית על בריכה עמוק נוזלי עם נוזל שינו ותנאי השטח impactor

Impacts of Free-falling Spheres on a Deep Liquid Pool with Altered Fluid and Impactor Surface Conditions

ההשפעות אנכי של התחומים על מים נקיים כבר הנושא של רבים חקירות כניסה של מים, אפיון היווצרות חלל, התז הכתר ורוחב וורת'ינגטון סילון יציבות. כאן, אנו להקים פרוטוקולים ניסיוני לבחינת הפתיחה dynamics בעת נפילה חופשית חלקה ספירות של wettability בדרגות שונות, מסה, השפעת קוטר פני השטח חינם של בריכת עמוק נוזלי שונה על-ידי בדים נחדרת דק, פיתחה נוזלי. חקירות הזנת מים מספקים ניסויים נגיש, התאספו בקלות, להורג לומד מכניקת הזורמים מורכבים. אנו מציגים בזאת פרוטוקול tunable עבור אפיון גובה הפתיחה, זרימה ההפרדה מדדים, ו impactor קינמטיקה ותוצאות נציג אשר עשוי לרכוש אם מתרבה הגישה שלנו. השיטות ישימות בעת הפתיחה אופיינית מידות להשאר מתחת כ 0.5 m. עם זאת, פרוטוקול זה עשוי להיות מותאם לפסגות שחרור impactor, המהירות, אשר מבשרת טובות לתרגום הימיים תוצאות ויישומים בתעשייה.

זה הוקמה פרוטוקולים המתירים שמירה על הג'טס וורת'ינגטון הנובעים אנכי משפיע על מספר מגוון של וובר <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59300/59300eq5.jpg"> כפי שניתן לראות באיור 2 c. תוצאות אלו מתפרסמים Watson et al.1, אשר ניתן להפנות עבור התנאים ניסיוני המדויק להשתמש בהם כדי לייצר את הנתונים שהוצגו במסמך זה. אנו מתמקדים הסרט מוארך הצר של נוזלים בולטות מעל פני השטח נוזל חופשי. באיור 3 אנו מראים שכמות...

פרוטוקול זה מדגים את ההגדרות הבסיסיות ניסיוני עבור המים ערך ניסויים עם כדורים צניחה חופשית. נידונות שיטות משינוי משטח נוזלי עם בדים נחדרת, הכנת כימי ללא הרטבה הספירות, והשלבים לחילוץ ויזואליזציה ונתוני הפתיחה.

ההשפעות של התחומים צניחה חופשית על בריכה עמוק נוזלי עם נוזל שינו ותנאי השטח Impactor

Vertical impacts of spheres on clean water have been the subject of numerous water entry investigations characterizing cavity formation, splash crown ...

פרוטוקול זה מדגים ניסויים להזרקת מים עם ספירות נפילה חופשית. הסירוגין של משטחים נוזליים עם בדים שחדרו, הכנת כימיקלים בתחומים מתעוררים, הדמיה התזה, והפקת נתונים נדונים. טכניקות אלה מספקות תובנה על מחקר דינמיקת נוזלים בסיסית המיועד להבנת אינטראקציות בין-גזעיות בין עצמים מוצקים לגופים נוזליים.הדגמת ההליך יהיו ג'ושוע בום וג'רמי סטיבן, סטודנטים לתואר ראשון מאלברטה. ללבוש כפפות ניטריל כיתה תעשייתית לאורך כל הליך זה, כדי למנוע זיהום המים ומשפיעים עם שמני עור. כדי להתחיל לנקות ביסודיות מיכל שקוף עם מי ברז וחומר ניקוי.ואז למלא אותו עם 32 ליטר של מי ברז. נקו שני שליטים מטריים עם 99% אלכוהול איזופופול ותנו להם להתייבש לדקה אחת. הר סרגל אחד מול החלק הקדמי של הטנק עם הבסיס רק נוגע במים.תקן את הסרגל השני אנכית מתחת למים. לאחר מכן אבטחו פלטפורמה תלויה מעל הטנק כך שהפלטפורמה נמצאת באותו מישור עומק כמו שליט המים הנ"ל ביחס לחזית המיכל. כוונן את הפלטפורמה לגובה הירידה הרצוי המרבי ולאחר מכן חיבר אור LED מרובה לזרוע רהוטה והצב את האור מעל וחזית המיכל כדי להאיר באופן מלא את אזור ההתזה מתחת לרציף.הגדר מסך שחור בחלק האחורי של המיכל כדי לסייע בהדמיית התזה וחלל. הניחו בולם זעזועים נקי ללא שמן כגון ספוג תא סגור בתחתית המיכל והחזיקו אותו במקום עם משקולות נקיות. לאחר מכן, הר מצלמה במהירות גבוהה מול המיכל בהתאם לפני השטח של הנוזל.חבר מתג גורם מפעיל למצלמה אם תרצה בכך. חבר את המצלמה למחשב וקבע את תצורת המצלמה לקצב מסגרות של 1,000 מסגרות שניה לפחות. בחר את הרזולוציה הרצויה והגדר את מהירות התריס לשנייה ממוסגרת אחת.אם ישים הגדר את מצב הגורם המפעיל לסיום. לאחר מכן, לנקות כדורים מתנול סקופ קטן פוליאוקסיד עם 99% אלכוהול isopropyl כדי להסיר שמני עור וזהמים אחרים. אפשר לכדורים ולסקופ להתייבש למשך דקה אחת.קדם-ביצוע של ניסויי בדיקה והתאמת מיקום המצלמה, המיקוד והרזולוציה כדי להשיג את איכות ההדמיה האופטימלית לאירוע הפתיחה. לאחר מכן לאחזר את הכדורים עם כף ולנקות את הכדורים ואת כף מדידה עם אלכוהול isopropyl. כאשר מוכן להתחיל את הניסוי להתחיל לצלם את הטנק.הרם את פלטפורמת הציר למקומה והנוח כדור יבש ונקי על הרציף. שחרר את בסיס הרציף כדי להפיל את הכדור לתוך הטנק. לאחר מכן הפסיקו לצלם, שמרו את קובץ הווידאו וקיצצו את הסרטון כדי להציג רק את אירוע הפתיחה.כאשר מוכן להמשיך למבחן הבא לאחזר את הכדור עם הסקופ. נקה את הכדור עם אלכוהול isopropyl ולתת לו להתייבש במשך דקה אחת לפני החזרה על הבדיקה. כשהניסוי יסתיים, רוקנו את המיכל ותנו לו להתייבש.כדי להכין בדים חודרים למבחן להפריד את הבדים הרצויים לתוך plies מרובע או עגול ולהשתמש calipers Vernier למדוד את העובי הדחוס של הבד היבש. בעת הגדרת הניסוי להרכיב מצלמה מהירה שנייה מעל הטנק כדי לספק תצוגה מלמעלה למטה של הכדור המשפיע על הבד. חבר את יציאות המצלמה האופקית למסופי הקלט של המצלמה העליונה באמצעות כבלי BNC.חבר מתג גורם מפעיל למצלמה האופקית. לאחר מכן השתמש בכבלי Ethernet כדי לחבר את שתי המצלמות לנתב לא מקוון המחובר למחשב המצלמה. להתמקד ולהגדיר את שתי המצלמות כרגיל.כאשר מוכן מראש את הניסוי בעדינות לנוח את הבד היבש על פני השטח של הנוזל במיכל. תבטח שהבד לא יתחיל לשקוע לפני תחילת המשפט. השתמש בכף מדידה נקייה ללא שמן כדי למקם את הבד מתחת לפלטפורמה הצירית.השתמש במתג ההדק כדי להתחיל לצלם בו-זמנית את אזור הפתיחה בשתי המצלמות לפני הגדרת ההתנגשות. הסר את הבד מיד לאחר ההתנגשות. אם שברי הבד על הפגיעה ואת השריטות לא ניתן לאסוף באופן ידני ריק ולנקות את המיכל לאחר כל ניסיון כדי לבטח כי כל הבד מוסר.כדי להתחיל להכין כדורים הידרופוביים כימיים להתאים כדור מנתול פוליאוקסיד למחזיק אקרילי. מיקום כדורים עבור ציפוי משטח הוא ההיבט הקשה ביותר של פרוטוקול זה. מיקום נשלט עם יריעות אקריליק מעיל שכבה כי יש חורים מעט רחב יותר מאשר הכדורים.לרסס את הכדור עם מעיל בסיס הידרופובי מכ 15 עד 30 ס"מ משם מבלי להשרות את פני השטח של הכדור. לאחר מכן, לרסס את הכדור עם המעיל העליון הידרופובי מכ 15 עד 30 ס"מ משם מבלי להשרות את פני השטח ולתת לו להתייבש במשך 1 עד 2 דקות. יש למרוח עוד שניים או שלושה ציפויים עליונים באותו אופן.תן את הכדור להתייבש במשך 30 דקות לשימוש קל או כ 12 שעות לשימוש מלא. כאשר בדיקות השפעה מראש לתת את הכדור להתייבש לחלוטין לאחר כל ניסוי ולא לשטוף אותו עם אלכוהול isopropyl. הציפוי ההידרופובי יתדרדר לאחר כ-20 ניסויים.כדי לעשות שימוש חוזר בכדור זה להסיר את הציפוי עם 99%אלכוהול isopropyl ולהחיל מחדש את הבסיס ואת המעילים העליונים כפי שתואר קודם לכן. כדי להתחיל את הניתוח לייבא וידאו במהירות גבוהה של אירוע התזה לתוכנה לניתוח וידאו. השתמש בכלי שינוי קנה המידה כדי להגדיר את ערך שינוי קנה המידה בסנטימרים בהתבסס על האזור הגלוי בסרגל.התקדם דרך הווידאו כדי למצוא מסגרת מתאימה המציגה עליית כתר התזה ומלכוד אוויר. למדוד את גובה כתר התזה, רוחב החלל, ואת עומק החלל. השתמשו בכלי מדידת הזווית לקביעת זווית ההפרדה.התקדם עוד יותר בסרטון כדי למצוא מסגרת מתאימה המציגה את היווצרות וורתינגטון ג'ט ולמדוד את גובה וורתינגטון ג'ט. לבסוף, השתמש בתכונת המעקב האוטומטי כדי לחלץ מיקום זמני ותאריך מהירות עבור המשפיען. אם המעקב נקטע, השתמש במעקב ידני עד שניתן יהיה לחדש את המעקב האוטומטי.כאן הליך זה שימש כדי להעריך את ההשפעות של בד על התזה מהשפעות אנכיות. גובה ההתזה עם אגודל אחד הוגבר ביחס לגובה ההתזה ללא בד. גובה ההתזה עם שני plies היה שווה בערך לגובה התזה ללא בד.התזה נחלשה בכבדות עם שלושה וארבעה plies. וריאציה מינימלית נצפתה על פני מספרי וובר עבור עומק חלל, גובה הקרקע התזה, ורוחב חלל מעולמות המשפיעים על רובד אחד של בד. המיקומים האנכיים של הספירות אותרו מתחת למים ואפשרו התבוננות בירידות גדולות יותר במהירות התת-מימית עם כל רובדי בד נוספים.החוקרים חייבים להקדיש תשומת לב רבה לשמירה על תנאי ניסוי סניטריים במהלך הניסוי כדי להשיג תוצאות עקביות ותקפים. טכניקה זו אינה מוגבלת לחומרים המוצגים כאן ויכולה להיות מתחייבת עם חומרים בעלי פונקציות ויכולות דומות. עם כניסתה של מאגר מוגבה כגון מזרק, הליך זה ניתן לעלות לחקירות של ההשפעות האנכיות של טיפות נוזליות על משטחים מוצקים או נוזליים.פרוטוקול זה יכול גם להיות מעוצב מראש בקנה מידה גדול יותר למהירות השפעה כללית גדולה יותר ומגוון גדל של פרמטרים חסרי ממדים אשר הכל הולך טוב עבור יישומים ימיים ותעשייתיים.

impacts-free-falling-spheres-on-deep-liquid-pool-with-altered-fluid

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

השפעת הירידה של נוזלים שאינם הניוטונית היא תהליך מורכב שכן פרמטרים פיזיים שונים להשפיע על הדינמיקה לאורך זמן קצר מאוד (פחות מעשירית מאלפית שני). טכניקת הדמיה מהר הוא הציג במטרה לאפיין את התנהגויות ההשפעה של נוזלים שאינם הניוטונית שונים.

טכניקת הדמיה מהירה ללמוד טיפת השפעת דינמיקה של נוזלים ללא הניוטונית

מתוארים שני מכשירים ניסיוניים לבחינת פגיעה בסילון נוזלי על משטח נע במהירות גבוהה: מכשיר תותח אוויר והתקן דיסק מסתובב. המכשירים משמשים לקביעת גישות אופטימליות ליישום משנה חיכוך נוזלי (LFM) על פסי רכבת לבקרת חיכוך על גבי המסילה.

ויזואליזציה של High Speed ​​Liquid Jet Impaction על משטח העברה

שתי שיטות שונות עבור אפיון של חלקיק התחלתית של חרוז אחד כפונקציה של הגיאומטריה מיטה משקעים מן למינריות לזרימה מערבולות מוצגים.

באופן חזותי המבוסס על אפיון חלקיק התחלתית של סובסטרטים רגיל: מלמינריות לתנאים הסוערת

פרוטוקול ללמוד התרומות של גלים droplet דיינמיקס ההשפעה על סרטים נוזלי זורם מוצג.

סרט שליטה ללמוד תרומות של גלים Droplet דיינמיקס ההשפעה על סרטים נוזלי זורם דק

פרוטוקול זה מאפשר איסוף יעיל של תמונות במהירות גבוהה ניסיוני של השפעות ירידה נוזלית, ניתוח מהיר של נתונים אלה בקבוצות. כדי לייעל תהליכים אלה, השיטה מתארת כיצד לכייל ולהגדיר מכשירים, ליצור מבנה נתונים מתאים ולפרוס קובץ script לניתוח תמונה.

ניתוח תפוקה גבוהה של השפעות של Droplet נוזלי

אנו מדווחים על תהליך של שינוי באתרו של HF טופל סי פני (001) למצב הידרופילי או הידרופובי על ידי הקרנת דגימות בתאי microfluidic המלא H 2 O 2 פתרונות מתנול 2 O פתרון (0.01% -0.5%) או / H באמצעות לייזר UV פעמו של שטף דופק נמוך יחסית.

פינת שינוי סלקטיבית של יכולת רטיבות משטח סיליקון על ידי פעמו UV לייזר הקרנה בסביבה נוזלית

פיתוח של חומרים אבלטיביים חדשים והמודלים המספריים שלהם דורש מחקר ניסיוני מקיף. פרוטוקול זה מתאר נהלים לאפיון תגובת חומר בזרימות פלזמה כאשר טכניקות הליבה הן שיטות לא פולשניות למעקב אחר נסיגת החומר יחד עם הכימיה בשכבת הגבול הריאקטיבית על ידי ספקטרוסקופיה של פליטה.

חקירת Layer פליטה ספקטרליים Boundary במהלך פולשני חומר בדיקה ב Plasmatron

פרוטוקול עבור הקילוף הנוזלי של חומרים שכבתיים nanosheets, מבחר גודלם מדידת גודל על ידי טכניקות מיקרוסקופיות ספקטרוסקופיות מוצג.

הכנת Nanosheets Dichalcogenide מתכות מעבר נוזלי-מודבק עם גודל מבוקרת עובי: מדינה לפרוטוקול אמנות

ברכה-רותחים חומים-העברת ניסויים בוצעו כדי לבחון את ההשפעות של דפוסי רטיבים היברידיים על מקדם העברת חום (HTC). הפרמטרים של חקירה הם מספר interlines ואת נטיית הדפוס של משטח רטיבים השונה.

ברכת רותחים חום-העברת שיפור על גלילי משטחים עם דפוסי רטיבים היברידיים

חקור את השפעות שינויי משטחים על דינמיקת נוזלים באמצעות ניסויי כדורים בנפילה חופשית לבריכה. למד שיטות להכנת כדורים הידרופוביים, ויזואליזציה של התזות וחילוץ נתונים.

ההשפעות של התחומים צניחה חופשית על בריכה עמוק נוזלי עם נוזל שינו ותנאי השטח Impactor

גלה סרטונים נוספים