Scansione veloce per studiare goccia Impatto dinamica dei fluidi non newtoniani

L'obiettivo generale del seguente esperimento è quello di studiare la dinamica dell'impatto di goccioline non newtoniane di metalli liquidi e sospensioni granulari dense utilizzando una tecnica di imaging veloce. Ciò si ottiene installando una telecamera veloce per visualizzare la dinamica istantanea quando le goccioline colpiscono una superficie. Come secondo passo, eseguire una serie di esperimenti di impatto di metalli liquidi per fornire informazioni su come l'elasticità superficiale indotta dall'ossidazione influisce sul raggio di diffusione.

Successivamente, eseguire esperimenti di impatto con sospensioni dense per studiare l'insorgenza degli schizzi e le dinamiche di diffusione. Si ottengono risultati che mostrano che diversi parametri del fluido, come la tensione superficiale effettiva, la viscosità, la velocità d'impatto e il diametro delle particelle sospese, governano insieme la dinamica degli impatti delle goccioline non newtoniane. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo delle sospensioni dense, ad esempio quando il comportamento di un sistema può essere descritto dalle sue proprietà globali o quando le singole particelle devono essere prese in considerazione.

Tuttavia, questa misurazione può fornire informazioni sulla dinamica dell'impatto di fluidi complessi. Può anche essere applicato all'osservazione di altri processi che includono dinamiche veloci, come la formazione di stati di frattura, il pizzicamento solido di gocce di liquido e il movimento rapido delle particelle nei sistemi di granuli Inizia preparando la configurazione di imaging. Un componente è un binario verticale in grado di supportare un supporto per pompa a siringa, la pompa a siringa in modo che possa essere spostata a diverse altezze per modificare l'altezza di caduta libera del fluido di prova.

Accanto al binario c'è un telaio che sostiene una lastra di vetro pulita che funge da piano d'impatto orizzontale. Assicurarsi che la superficie della piastra sia livellata orizzontalmente. Posizionare uno specchio riflettente inclinato sotto la superficie del vetro per visualizzare l'impatto della caduta dal basso.

Quindi, attacca della carta bianca opaca sopra la lastra di vetro per riflettere la luce, per facilitare la visione dal basso per l'immagine dell'impatto del metallo liquido. Posizionare un diffusore di carta trasparente opposto alla direzione di visualizzazione per facilitare l'immagine della vista laterale. Quindi posizionare una fonte di luce nella regione dietro il diffusore.

Accendere le fonti di luce per illuminare uniformemente la regione di impatto. Ora livella una fotocamera con un obiettivo appropriato su un treppiede in modo che possa riprendere la superficie. Collegare la fotocamera a un computer utilizzato per il controllo e la visualizzazione.

Iniziare la preparazione del campione con gallio indio utico conservato in un contenitore sigillato A temperatura ambiente, utilizzare una pipetta per estrarre tre millilitri dal contenitore. Ottenere una lastra acrilica ed estrudere l'UTA di gallio indio su di essa. Attendere 30 minuti affinché il campione sia completamente ossidato all'aria.

Un sottile strato di pelle ossidata coprirà completamente la superficie del campione. Prendere le dovute precauzioni per lavorare con l'acido cloridrico e preparare un bagno acido da 200 millilitri in un recipiente TER. La concentrazione del bagno è un parametro sperimentale.

Mettere il campione nel bagno acido con il campione nel bagno. Utilizzare un TER per tagliarlo a 60 giri al secondo per 10 minuti. Una volta terminati i prelavaggi con l'acido, rimuovere il bagno dal ReMeter.

Utilizzare una siringa di plastica da due millilitri con una punta dell'ugello in acciaio da uno a due millimetri per recuperare il campione ed estrarre 1,5 millilitri di gallio indio actico dal bagno. Il campione è ora pronto per l'uso e gli esperimenti. Montare la siringa sulla preparazione del campione della pompa a siringa per sospensioni dense.

Gli esperimenti iniziano con una siringa commerciale tagliata dalla sua estremità per usarla come tubo cilindrico per l'erogazione della sospensione Per riempire la siringa. Per prima cosa, procuratevi un contenitore d'acqua. Mettere l'estremità della siringa nell'acqua, tirare indietro il pistone per riempirla, assicurandosi che non ci siano bolle d'aria.

Quindi, tenere la siringa con l'estremità aperta rivolta verso l'alto. Mettere il biossido di zirconio sferico o le perle di vetro nella siringa fino a quando non è piena, permettendo all'acqua di fuoriuscire. Usa una lama di rasoio per rimuovere le particelle di cuneo in eccesso dalla parte superiore per mantenere l'estremità piatta.

Capovolgere la siringa e montarla sulla superficie della pompa. La tensione impedirà alle particelle di cadere. Prima di registrare video, adottare misure per regolare i sistemi di imaging e illuminazione e calibrare la risoluzione spaziale.

Innanzitutto, avviare la pompa a siringa per espellere il fluido a una velocità di 20 millilitri all'ora. Attendi che il fluido qui, una sospensione densa si stacchi dalla siringa e cada per fare un impatto di prova sulla superficie del vetro. Una volta avvenuto l'impatto, spegnere la pompa a siringa.

Quindi regolare la posizione e l'orientamento della telecamera fino a quando lo splat non viene visualizzato sul monitor. Quindi, imposta il rapporto di riproduzione dell'immagine su uno a uno e modifica la distanza di lavoro in modo che l'immagine si trovi sul piano focale con la fotocamera impostata su un fotogramma. Più di 6.000 fotogrammi al secondo variano le dimensioni dell'apertura, l'esposizione, il tempo e l'angolo di illuminazione per ottenere la migliore qualità dell'immagine.

Una volta trovate le impostazioni della fotocamera, posizionare un righello nel campo visivo sul monitor. Usa il righello per calcolare la risoluzione spaziale contando il numero di pixel che si adattano a un centimetro. Assicurarsi che non vi siano differenze di risoluzione tra le direzioni orizzontale e verticale.

Dopo aver calibrato il sistema di imaging, riavviare la pompa a siringa a 20 millilitri all'ora. Allo stesso tempo, preparare il software di controllo della fotocamera per monitorare il processo di impatto prima di registrare i dati. Esercitati a osservare attentamente mentre la goccia inizia a formarsi per consentire l'attivazione manuale della fotocamera nel momento in cui la goccia si stacca dall'ugello.

Dopo aver registrato i dati, modificare il video nella parte contenente l'impatto e salvarlo come sequenza di immagini per l'analisi. La tecnica di imaging veloce è stata utilizzata per studiare l'impatto del gallio indio actico con diversi ossidi. Forza della pelle determinata dall'acido.

Il prelavaggio mostrato qui è un fotogramma che mostra la diffusione di tre diverse preparazioni quando colpiscono una superficie di vetro. Ogni goccia cadeva dalla stessa altezza dell'ugello e colpiva con una velocità di circa un metro al secondo. Il diametro iniziale della goccia era di 6,25 millimetri senza prelavaggio.

Una pelle di ossido impedisce al fluido di rilassare l'energia superficiale risultando in una forma non sferica durante la fase di caduta, lavando i campioni e l'acido riduce l'ossido e indebolisce l'effetto della pelle. A concentrazioni di acido sufficientemente forti. Non si osserva alcuna differenza tra il gallio, l'indio e i fluidi ordinari.

I dati consentono di dimostrare la transizione dal regime capillare al regime viscoso. I dati collassano in una singola curva quando il rapporto tra il raggio iniziale e quello finale pm diviso per il numero di Reynolds per un quinto di potenza viene tracciato rispetto al rapporto tra un numero di Weber effettivo e il numero di Reynolds per i quattro quinti di potenza L'insorgenza dello splash di potenza in sospensione densa è stata studiata nel regime in cui la dissipazione viscosa è trascurabile rispetto agli effetti inerziali. Questo è il diagramma di fase di spruzzatura per diverse densità di particelle e radio il cui prodotto si trova lungo l'asse orizzontale.

L'asse verticale è il numero di Weber della particella definito nel manoscritto. I cerchi rossi indicano che è sempre stato trovato uno spruzzo. Il riquadro mostra una tipica immagine iniziale.

I punti blu corrispondono a nessun schizzo trovato. Il secondo riquadro è un esempio di immagine splash non s. I casi in cui sono stati trovati sia schizzi che nessun schizzo sono indicati da quadrati verdi.

L'esperimento è stato ripetuto 10 volte per ogni punto. I risultati sono coerenti con un numero critico di Weber di circa 14 più o meno due. Durante il tentativo di questa procedura, è importante esercitarsi a preparare i campioni e determinare frequentemente la frazione di impacchettamento, in modo da essere sicuri di poter realizzare i campioni in modo coerente.

Ciò garantirà che i risultati sperimentali saranno riproducibili dopo il suo sviluppo. Questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo dei fluidi complessi per esplorare le dinamiche di impatto di vari sistemi liquidi.