Method Article

Visivamente basato caratterizzazione del moto delle particelle incipiente in substrati regolare: da laminare a condizioni turbolente

DOI:

10.3791/57238

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February 22nd, 2018

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1Institute of Fluid Mechanics, FAU Busan Campus, University of Erlangen-Nuremberg, 2Institute of Chemical Reaction Engineering, FAU Busan Campus, University of Erlangen-Nuremberg, 3Institute of Bioprocess Engineering, FAU Busan Campus, University of Erlangen-Nuremberg, 4Institute of Fluid Mechanics, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)

In This Article

Summary

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Vengono presentati due metodi diversi per caratterizzare il moto della particella incipiente di una singola perlina in funzione della geometria del letto di sedimenti da laminare a flusso turbolento.

Abstract

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Vengono presentati due diversi metodi sperimentali per la determinazione della soglia di movimento delle particelle in funzione delle proprietà geometriche del letto da laminare per condizioni di flusso turbolento. A tale scopo, l'incipiente movimento di una singola perlina è studiato su substrati regolari che consistono di un monostrato di sfere fissi di dimensioni uniformi regolarmente disposti in simmetrie triangolare e quadratiche. La soglia è caratterizzata dal numero di scudi critico. Il criterio per l'inizio del movimento è definito come lo spostamento dalla posizione di equilibrio originale a quella vicina. Lo spostamento e la modalità di movimento sono identificati con un sistema di imaging. Il flusso laminare è indotta utilizzando un reometro rotazionale con una configurazione del disco parallelo. Numero di Reynolds per taglio rimane inferiore a 1. Il flusso turbolento è indotto in una galleria del vento di bassa velocità con sezione di prova aperta jet. La velocità dell'aria è regolata con un convertitore di frequenza sulla ventola soffiante. Il profilo di velocità viene misurato con una sonda a filo caldo collegata ad un anemometro a pellicola calda. La cesoia numero di Reynolds compreso tra 40 e 150. La legge logaritmica di velocità e la legge di parete modificate presentato da Rotta vengono utilizzati per dedurre la velocità di taglio da dati sperimentali. Quest'ultimo è di particolare interesse quando il tallone mobile è parzialmente esposto al flusso turbolento nel cosiddetto regime di flusso idraulico transitorio. La sollecitazione di taglio è stimata all'inizio del movimento. Alcuni risultati illustrativi che mostra il forte impatto dell'angolo di riposo e l'esposizione del tallone per la tosatura del flusso sono rappresentati in entrambi i regimi.

Introduction

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Moto incipiente della particella viene rilevata in una vasta gamma di processi industriali e naturali. Ambientali sono esempi il processo iniziale di sedimento trasporto nel fiume e oceani, erosione del letto o della formazione di dune tra gli altri 1,2,3. 4il trasporto pneumatico, rimozione delle sostanze inquinanti o la pulizia di superfici5,6 sono tipiche applicazioni industriali che comportano l'insorgenza di moto delle particelle.

Dovuto la vasta gamma di applic....

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Protocol

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1. il moto della particella incipiente nel limite di flusso strisciante.

Nota: Le misurazioni sono effettuate in un reometro rotazionale che è stato modificato per questa specifica applicazione.

  1. Preparando il reometro.
    1. Collegare l'aria compressa per il reometro per evitare di danneggiare i cuscinetti di aria. Aprire la valvola oltre i filtri dell'aria fino a raggiungere una pressione di circa 5 bar nel sistema.
    2. Collegare la pompa di circolazione di fluido per la piastra di riscontro. Assicurarsi che i tubi flessibili dell'elemento Peltier siano collegati a reometro. Accendere la pompa di circo....

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Results

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Figura 1 (a) rappresenta uno schizzo della disposizione sperimentale usato per caratterizzare il numero critico di scudi nel limite flusso strisciante, sezione 1 del protocollo. Le misurazioni sono effettuate in un reometro rotazionale che è stato modificato per questa specifica applicazione. Una piastra di Plexiglas trasparente di 70 mm di diametro con attenzione è stata fissata ad una piastra parallela di 25 mm di diametro. L'inerzia del si.......

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Discussion

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Presentiamo due diversi metodi sperimentali per caratterizzare il moto della particella incipiente in funzione della geometria del letto di sedimenti. A tal fine, utilizziamo un monostrato di sfere regolarmente organizzato secondo una simmetria triangolare o quadrata in modo tale che il parametro geometrico si semplifica in una singola geometria. Nel limite di flusso strisciante, descriviamo il metodo sperimentale utilizzando un rotametro rotazionale per indurre il flusso laminare al taglio come in precedenti studi

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Disclosures

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Gli autori non hanno nulla a rivelare

Acknowledgements

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Gli autori sono grati agli arbitri sconosciuti per preziosi consigli e Sukyung Choi, Byeongwoo Ko e Baekkyoung Shin per la collaborazione nella creazione di esperimenti. Questo lavoro è stato supportato dal cervello Busan 21 progetto nel 2017.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Reometro rotazionale MCR 302Anton PaarInduzione del flusso
Piastra di misura PP25Anton PaarInduzione del flusso
Sistema Peltier P-PTD 200Anton PaarMantenere costante la temperatura degli oli siliconici nel sistema a flusso
Oli siliconici con viscosità di circa 10 e 100 mPasBasildon ChemicalsFluido utilizzato per indurre il taglio nelle particelle
Perle di vetro soda-calcico di (405.9 ± 8.7) μ mThe Technical Glass CompanyCostruzione dei substrati regolari per le condizioni
Opto Zoom 70 Modulo 0,3x-2,2xWEISS IMAGING AND SOLUTIONS GmbHSistema di imaging per la registrazione del movimento del cordone nel reometro
2 x TV-Tube 1,0x, D=35 mm, L=146,5 mmWEISS IMAGING AND SOLUTIONS GmbHSistema di imaging per la registrazione del movimento del cordone nel reometro
UI-1220SE Telecamera CMOSIDS Imaging Development Systems GmbHSistema di imaging per la registrazione del movimento del cordone nel reometro
UI-3590CP CMOS CameraIDS Imaging Development Systems GmbHSistema di imaging per la registrazione del movimento del cordone nel reometro
Volpi IntraLED 3 - Sorgente luminosa a LED Volpi USASistema di imaging per la registrazione del movimento del cordone nel reometro
di luce attiva diametro 5mmVolpi USASistema di imaging per la registrazione del movimento del cordone nel reometro
300 Watt Xenon Arc LampNewport CorporationSistema di imaging per la registrazione del movimento del cordone nel reometro
Galleria del vento con sezione di test a getto aperto, Gö Tipo di ttingen Tintschl BioEnergie und Strö mungstechnik AGInduzione di un flusso
Sfere di vetro di (2,00 ± 0,10) mmGloches Coreadel Sud Costruzione dei substrati regolari per condizioni
Sfere di allumina di (5,00 ± 0,25) mmGloches Corea del SudPerlina mirata per esperimenti
CTA Anemometro DISA 55M01Disa Elektronik A/S Misurazione della velocità del flusso nella galleria
Sonda a filo miniaure tipo 55P15Dantec DynamicsMisurazione della velocità del flusso nella galleria
HMO2022 oscilloscopio digitale, 2 analogici. Ch., 200MHzRohde & SchwarzMisurazione della velocità del flusso nella galleria
Phantom Miro eX1 Telecamera ad alta velocitàVision Research IncVisSistema di imaging per la registrazione del movimento del tallone nella galleria
Canon ef 180mm f/3.5 l usm obiettivo macroCanonSistema di imaging per la registrazione del movimento del tallone nella galleria
Lampada LED da tavoloGloches Coreadel SudSistema di imaging per la registrazione del movimento del cordone nella galleria
laminare di tagliolaminare di tagliolaminaredi flusso laminare Guida turbolentodi flusso turbolentodel ventodel ventodel ventodel ventodel vento del vento

References

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  1. Groh, C., Wierschem, A., Aksel, N., Rehberg, I., Kruelle, C. A. Barchan dunes in two dimensions: Experimental tests for minimal models. Phys. Rev. E. 78, 021304(2008).
  2. Wierschem, A., Groh, C., Rehberg, I., Aksel, N., Kruelle, C. Ripple formation in weakly turbulent flow. Eur. Phys. J. E.....

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Incipient Particle MotionRegular SubstratesCritical Shields NumberRotational RheometerLow Speed Wind TunnelHot Wire ProbeShear Reynolds NumberLogarithmic Velocity LawModified Wall LawAngle of Repose

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