Name: Visualizzazione di Liquid High Speed Jet Occlusione su una superficie mobile (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-04-17T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 34 s
Description: Impara l'impatto di getti liquidi su superfici mobili ad alta velocità utilizzando un disco rotante e un cannone ad aria compressa. Questo metodo ottimizza l'applicazione di modificatori di attrito liquidi su rotaie ferroviarie.

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Le scienze naturali e ingegneria Research Council del Canada (NSERC) e LB Foster tecnologie ferroviarie, Corp. sostenuto congiuntamente questa ricerca attraverso il programma NSERC Collaborative Research e Development Grant.

1. Spinning dispositivo Disk <ol><li> Identificare le condizioni di prova desiderati e le condizioni di prova record di una tabella (ad esempio, la temperatura ambiente, proprietà dei fluidi, jet e la superficie di velocità, etc.). </li><li> Preparazione dei materiali <ol><li> Preparare soluzioni glicerina acqua o PEO-glicerina-acqua per le prove di urto. <ol><li> Nel caso delle prove PEO-glicerina-acqua, dissolverà gradualmente 4,5 g di polvere (PEO pesi molecolari viscosità media di un milione e quattro milioni) in 1495,5 g di acqua distillata sotto leggera agitazione magnetica per un periodo di 24 ore. Evitare eccessivamente agitando il campione PEO per prevenire il degrado meccanico. </li><li> Aggiungere gradualmente 1,5 kg di USP-grade glicerina alla soluzione acquosa PEO nelle 24 ore per raggiungere una soluzione acquosa del 0,15% concentrazione di PEO e concentrazione di glicerina 50%. </li></ol></li><li> Conservare i liquidi di prova separatamente in contenitori ermetici sotto RT prima e dopo ogni test per miniMize evaporazione, assorbimento d&#39;acqua da aria ambiente e la contaminazione. Caratterizzare e spruzzare liquidi entro cinque giorni di preparazione. </li></ol></li><li> Prestazioni di esperimenti <ol><li> Assicurarsi che la valvola di alimentazione dell&#39;aria del cuscinetto d&#39;aria disco rotante è aperto e la lettura del manometro è nel campo di lavoro corretta (60-80 psig). Chiaro tutto ciò che potrebbe impedire il movimento del disco e girare il disco a mano in entrambe le direzioni 5 rotazioni per verificare eventuali problemi con il disco e cuscinetti. </li><li> Pulire e fissare il gas compresso accumulatore chiuso per il fluido di prova pressurizzazione. Versare 3 kg di prova liquido nella valvola liquido dell&#39;accumulatore 1-gallone. </li><li> Collegare la porta gas dell&#39;accumulatore al serbatoio di azoto tramite un regolatore di pressione. Collegare la porta fluido dell&#39;accumulatore all&#39;ugello getto. </li></ol></li><li> Impostare sistema di controllo e sistema di imaging ad alta velocità. <ol><li> Avviare il software di controllo disco rotante e il software di controllo VFD.Posizione due cineprese ad alta velocità 35 centimetri di distanza dal punto di urto e regolare le lenti ad alto ingrandimento per catturare il punto di urto da due angolazioni. </li><li> Regolare la sorgente luminosa 150 W fibra ottica per ottenere uno sfondo illuminato uniformemente per una migliore qualità dell&#39;immagine (Figura 1). Accendere il sistema di controllo a questo punto per facilitare la regolazione della fotocamera. </li><li> Eseguire la routine di controllo facendo clic sul pulsante &#39;Self-check&#39; nel software di controllo per assicurarsi che il sistema funzioni come previsto. </li></ol></li><li> Eseguire un test jet impingement <ol><li> Impostare la velocità del disco sul valore desiderato con il software di controllo VFD (500-3.000 rpm). </li><li> Per eseguire un test, avviare la sequenza sperimentale automatizzato dal software di controllo facendo clic sul pulsante &#39;Sequenza di prova&#39;. Il software determina automaticamente i parametri ottimali e coordinare ciascun componente del sistema per eseguire il test di conseguenza. </li><li> Salvare il video di prova impingement risultante (vedi, per esempio, la schermata della Figura 2). Leggere e velocità superficie del disco, dell&#39;ugello pressione e la temperatura dal software di controllo. Nota: Dopo ogni prova, una sequenza di pulizia del disco viene eseguito automaticamente per sciacquare e asciugare la superficie del disco. Ripetere il ciclo di pulizia necessaria fino a quando tutti i residui del liquido di prova è stato rimosso. ATTENZIONE: Mentre i fluidi di prova soluzione di acqua e glicerina possono essere puliti con la sequenza di pulizia, altri LFMs devono essere puliti con solventi organici come acetone. In tali casi, applicare il materiale di pulizia per un panno, non spruzzare direttamente il disco. </li></ol></li><li> Analisi Dei Dati <ol><li> Preparare un foglio contenente informazioni su ogni condizione di test (ad esempio, proprietà del fluido, temperatura ambiente, rugosità superficiale, ecc). </li><li> Aprire le immagini jet impingement registrate con il software di visualizzazione cine, riprodurre le registrazioni complete di video alla normaleaccelerare e osservare i comportamenti jet urto. </li><li> Registra caratteristiche di comportamento impingement (schizzi / spruzzi / deposizione; vedi figura 3) nel foglio preparato, registrando qualsiasi tendenze insoliti che potrebbero indicare complicazioni con il set-up sperimentale. </li><li> Salvare i risultati e le condizioni di prova in un foglio di calcolo. Record risultati notevoli ed eventi insoliti resoconto della prova (ad esempio, spruzzata / deposizione punto di soglia, transizioni spruzzi / deposizione, etc.). Salvare screenshot quando necessario. </li><li> Condurre misure di analisi delle immagini e registrare i dati. <ol><li> Avviare lo strumento su schermo di misura pixel. Aperto immagini urto, e calibrare la scala dell&#39;immagine misurando un micro-sovrano nelle immagini con lo strumento su schermo di misura pixel (Figura 4). </li><li> Dimensioni Misura di interesse (ad esempio, larghezza diffusione lamelle, W, e lamelle radio punto di stagnazione, R; vedi figura 5) con la misura di pixel tool in un punto dove il getto sembra essere più stabile nei dati video e registrare nel foglio preparato. Poi prendere un altro gruppo di misurazioni 100 fotogrammi dopo il primo gruppo di misure per confermare che sia il getto e le lamelle sono stabili. Punti dati Plot su un grafico e completano la curva raccordo. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. Air Cannon dispositivo <ol><li> Identificare le condizioni di prova desiderate e preparare i materiali, come al punto 1.1 e punto 1.2. </li><li> Prestazioni di esperimenti <ol><li> Accendere il software del sistema di controllo. </li><li> Inserire il proiettile in canna cannone. Spostare il meccanismo di arresto vicino all&#39;uscita canna per catturare correttamente il proiettile dopo un test (Figura 6). </li><li> Aprire la linea dell&#39;aria pressurizzata costruzione conduce al serbatoio dell&#39;aria. Pressurizzare il serbatoio compreso tra 30 e 70 psi psi, a seconda della velocità del proiettile desiderato. 30 psi pressione del serbatoio offre una velocità di un proiettile di circa 5m / sec, e 70 psi dà una velocità di circa 25 m / sec. </li><li> Preparare il gas accumulatore chiuso compresso per il fluido di prova pressurizzazione. <ol><li> Versare 3 kg di prova liquido nella valvola liquido dell&#39;accumulatore. Collegare tubo dalla valvola gas dell&#39;accumulatore all&#39;ugello getto di liquido, e impostare la pressione dell&#39;accumulatore fino a 300 psig. </li></ol></li><li> Collegare la fotocamera alla presa a forbice. Fissare la presa forbice alla piattaforma posizionata accanto al ugello getto. </li><li> Fissare la sorgente di luce ad alta intensità per la piattaforma posizionata di fronte alla telecamera e dietro il foglio di diffusione. Controllare illuminazione e telecamera posizionamento utilizzando la funzione di visualizzazione videocamera dell&#39;interfaccia controllo software, e regolare la posizione come necessario (Figura 7). </li><li> Indossare cuffie per la protezione dal cannone ad aria esplosione sonora. </li><li> Sbloccare il pannello di controllo di cannone, e premere il pulsante di allarme sul pannello di controllo più volte per segnalarel&#39;inizio di un esperimento. </li><li> Premi il pulsante del pannello di controllo che apre la valvola solenoide che collega il serbatoio d&#39;aria con la canna cannone ad aria. </li><li> Dopo che il dispositivo è stato sparato e il proiettile catturato, pulire il dispositivo passandolo con fluido ed una spugna per rimuovere il liquido in esame residua pulizia. Infine, asciugare la superficie urto del proiettile. </li></ol></li><li> Misurare la velocità del proiettile nel video ad alta velocità registrata misurando la quantità di tempo richiesto per il proiettile di viaggiare (10 cm) distanza fissa. Analizzare i dati come al punto 1.5. </li></ol>

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<li>Crooks, R., Boger, D. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+fluid+elasticity+on+drops+impacting+on+dry+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Rheology%22%5BJournal%5D)">Influence of fluid elasticity on drops impacting on dry surfaces.</a> Journal of Rheology. 44 (4), 973-996 (2000).</li>
</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Il proiettile utilizzato per il cannone ad aria set-up è composto da una base in legno leggero. Sebbene i trucioli di legno materiali leggermente dopo numerose prove, è stato trovato per assorbire l&#39;energia cinetica più efficacemente di proiettili composti di materiali come plastica o metallo, che tendono a frantumarsi sul impattare il meccanismo di arresto. Le dimensioni del proiettile di legno sono progettati per corrispondere al meglio l&#39;interno canna in acciaio, limitando così le perdite d&#39;aria. Un fogli...

Questa ricerca mira a determinare le strategie per l&#39;applicazione LFM (Modifier attrito liquido) in forma getto liquido su una superficie in movimento mentre raggiungono un alto grado di efficienza di trasferimento e di risultati deposizione uniformi. Il raggiungimento di questo obiettivo comporta lo sviluppo di una comprensione globale dei fattori che influenzano impingement getto liquido sulle superfici in movimento. Il progetto è motivata da una necessità di migliorare l&#39;efficienza delle tecniche applicative lubrificazione utilizzati nel settore ferroviario. Come mezzo per ridurre il consumo di carburante e costi di manutenzione locomotive, una pellicola sottile di attrito agente modificante viene ora applicato alla superficie superiore della rotaia ferrovia convenzionali. Recenti studi hanno dimostrato che l&#39;applicazione di un tipo di LFM all&#39;acqua per piano del ferro (TOR) controllo dell&#39;attrito ridotto i livelli di consumo di energia del 6% e la flangia rotaia e ruota l&#39;usura da superiore al 50% 1,2. Altri studi hanno dimostrato che l&#39;applicazione di LFM a binari ridurres forza laterale e livelli di rumore e, cosa ancora più importante, pista ondulazione e danni da rotolamento stanchezza contatto, che è una delle principali cause di deragliamenti 3,4. Questi risultati sono stati ulteriormente confermati da test sul campo del sistema di metropolitana di Tokyo 5. LFMs sono attualmente dispensati da atomizzatori ad aria soffiata collegati a dozzine di locomotive in tutto il Canada e gli Stati Uniti. In questa forma di applicazione, LFM viene applicato all&#39;inizio della ferrovia da atomizzatori montati sotto movimento vagoni ferroviari. Questa modalità di applicazione LFM è difficile da implementare su molte locomotive ferrovia perché l&#39;alta volume richiesto e livelli di alimentazione d&#39;aria ad alta pressione potrebbe non essere raggiungibile. Ugelli aria esplosione sono anche creduto di produrre la copertura ferroviario molto irregolare quando operato in un vento di traverso, come venti trasversali causano goccioline spruzzo fini di deviare dalla loro traiettoria originale. Crosswinds sono anche noti per essere implicati in ugello sottomarina, probabilmente per lo stessoragione. A causa di problemi connessi con atomizzatori ad aria soffiata, settore ferroviario è attualmente alla ricerca di approcci alternativi alla applicazione LFM sui binari. Una soluzione possibile consiste erogazione LFM mediante (non-atomizzata) getto liquido continuo, come getti di liquido sono meno suscettibili a vento di traverso effetti dovuti alla loro minore rapporto di trascinamento per inerzia. Inoltre, perché i livelli elevati di pressione dell&#39;aria e di volume necessari per ugelli di polverizzazione non sono necessari in tecnologie getto liquido, queste ultime agiscono come meccanismi a spruzzo più snelle e robuste che mantengono il controllo efficace sul tasso di applicazione LFM. Un&#39;area di fisica simile, gocciolina conflitto, è stato studiato intensamente. È stato trovato da diversi ricercatori che per impingement gocciolina su una superficie liscia asciutta movimento, spruzzi comportamento dipende da molti parametri tra cui viscosità, densità, tensione superficiale e la componente normale della velocità d&#39;impatto 14,15. Uccello <em&gt; et al. hanno dimostrato che entrambe le velocità normali e tangenziali sono di importanza critica 16. Gamma et al. E Crooks et al. Hanno dimostrato che per la gocciolina urto su una superficie asciutta stazionaria, rugosità superficiale diminuisce la soglia spruzzata in modo significativo (cioè, fa la goccia più inclini a spruzzi) 17,18. Nonostante la sua importanza pratica, jet impingement su superfici in movimento ha ricevuto scarsa attenzione nella letteratura accademica. Chiu-Webster e Lister eseguito una vasta serie di esperimenti che ha esaminato costante e instabile jet viscoso urto su una superficie in movimento, e gli autori hanno sviluppato un modello per il caso flusso costante 6. Hlod et al. Modellare il flusso mediante una ODE terzo ordine su un dominio di lunghezza sconosciuta sotto una condizione integrante aggiuntiva e configurazioni previsti rispetto ai risultati sperimentali 7. Tuttavia, i numeri di Reynolds esaminatiin entrambi questi studi sono molto inferiori a quelli associati con le applicazioni tipiche ferrovia LFM. Gradeck et al. Numericamente e sperimentalmente studiato il campo di moto del getto d&#39;acqua conflitto su un substrato in movimento sotto varie velocità del getto, la velocità di superficie e le condizioni di diametro ugello 8. Fujimoto et al. Caratteristiche di flusso inoltre esaminati un getto d&#39;acqua circolare che incide su un substrato in movimento ricoperta da un film sottile di acqua 9. Tuttavia, questi due progetti utilizzati relativamente grandi diametri degli ugelli e superficie inferiore e velocità del getto rispetto a quelli impiegati nel presente lavoro. Inoltre, anche se precedenti studi sperimentali, numerici e di analisi forniscono una grande quantità di dati, la maggior parte sono concentrati su parametri di trasferimento di calore piuttosto che sui processi di flusso di liquidi come il comportamento jet spruzzi. Il metodo sperimentale previsto nella presente ricerca contribuisce pertanto a liquidi tecnologie applicative jet da reaffinamento tali tecniche in condizioni che comportano diametri ugelli a getto più piccolo e ad alta velocità a getto e di superficie velocità. Il presente metodo affina anche la conoscenza su problemi fondamentali della meccanica dei fluidi associati al movimento linee di contatto. Gli studi di cui sopra hanno generalmente coinvolto l&#39;interazione di un jet a bassa velocità con una superficie a bassa velocità in movimento. Ci sono stati relativamente pochi studi di laminare ad alta velocità jet impingement su superfici in movimento ad alta velocità. Durante l&#39;alta velocità impaction getto liquido liquido jet diffonde radialmente in prossimità della posizione impingement, formando una lamella sottile. Questo lamelle viene poi convected valle dal viscoso forcing imposto dalla superficie in movimento, producendo un caratteristico lamelle a forma di U. Keshavarz et al. Hanno riportato su esperimenti che impiegano getti liquidi newtoniani ed elastiche che influiscono sulle superfici ad alta velocità. Sono classificati processi urto in due tipi distinti: &quot;deposizione &amp;# 8221; e &quot;splash&quot; 10. Per impingement essere classificato come la deposizione, il liquido jet deve aderire alla superficie, mentre spruzzata è caratterizzata da una lamella liquido che separa dalla superficie, e successivamente rompe in goccioline. Un terzo regime conflitto è stato anche descritto - &quot;splatter&quot;. In questo, relativamente rare, regime lamella rimane attaccato alla superficie, come per &quot;deposizione&quot;, ma goccioline vengono espulse dalla prossimità del bordo anteriore della lamella. In un successivo studio di effetti fluidi non newtoniani, Keshavarz et al. Ha concluso che la spruzzata / soglia deposizione è determinata principalmente dai numeri di Reynolds e Deborah, mentre l&#39;angolo di jet impingement e velocità del getto ad emergere rapporti di velocità hanno solo un effetto secondario 11 . In esperimenti condotti sotto pressione dell&#39;aria ambiente variabili, Moulson et al. Scoperto che il / la deposizione soglia numero di Reynolds spruzzata drammaticamenteaumenta al diminuire della pressione dell&#39;aria ambiente (cioè, pressioni ambiente elevate rendono getti più inclini a splash), diminuendo la pressione dell&#39;aria ambiente sotto di una certa soglia sopprime completamente spruzzata 12. Questa scoperta suggerisce che le forze aerodinamiche che agiscono sul lamelle giocano un ruolo fondamentale nel causare lamelle lift-off e successiva spruzzi. Nel recente lavoro sul conflitto ad alta velocità su un substrato ad alta velocità, Sterling ha dimostrato che per la velocità del substrato e le condizioni jet vicino alla soglia di schizzi, spruzzi può essere innescato da molto piccola rugosità superficiale localizzato e minore instabilità jet. Egli ha anche mostrato che in queste condizioni lamella lift-off e riattacco è un processo stocastico 13. Il protocollo sperimentale qui descritto può essere usato per studiare altre situazioni fisiche che coinvolgono l&#39;interazione di un fluido con una superficie ad alta velocità in movimento. Ad esempio, lo stesso approccio potrebbe essere utilizzato per studiare elicottero fogliainterazione e-vortice (a condizione che il fluido è stato colorato con vortex particelle traccianti) e spruzzatura robotizzata di superfici.

<table><tr><tbody><td colspan="4">Attrezzatura per l'installazione del cannone ad aria compressa</td></tr><tr><td>Serbatoio d'aria da 30 galloni</td><td>Steel Fab</td><td>A10028</td><td></td></tr><tr><td>Valvola a fungo azionata da solenoide</td><td>Parker Hannifin Corp.</td><td></td><td></td>#16F24C2164A3F4C80</tr><tr><td>Tubo in</td><td></td><td></td><td></td>gomma da 1,5" NPT</tr><tr><td>Tubo rettangolare in acciaio Meccanismo</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>di arresto</td><td>Personalizzato</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Piastre in acciaio inossidabile</td><td>Proiettile in legno personalizzato</td> Luce a incandescenza ad alta intensità da <td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>1 kW</td> personalizzata <td>Analisi fotografica Ltd.</td><td></td><td></td>T986851</tr><tr><td>Foglio</td><td></td><td></td><td></td>diffusore di luce</tr><tr><td>Sensore ottico</td><td>BANNER</td><td>SM312LV</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Attrezzatura per disco rotante</td></tr><tr><td>Motore</td><td>di configurazione WEG TEFC-W22</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cuscinetti</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Disco</td><td>Sorgente luminosa in</td> fibra ottica personalizzata <td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Fibre ottiche Tecnologia incorporata</td><td>MO150AC</td><td></td></tr><tr><td>array di LED ad alta intensità</td><td>Torshare Ltd.</td><td>TF10CA</td><td></td></tr><tr><td>Vacuum</td><td>Ridge Tool Company</td><td>WD09450</td><td></td></tr><tr><td>Interrupter</td><td>Customized</td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Shared Equipment for Both Devices</td></tr><tr><td>Phantom v611 telecamera cinematografica ad alta velocità</td><td>Vision Research Inc.</td><td>V611</td><td></td></tr><tr><td>Phantom v12 telecamera cinematografica ad alta velocità</td><td>Vision Research Inc.</td><td>V12</td><td></td></tr><tr><td>Zoom 7000 obiettivo</td><td>Navitar Inc.</td><td>Zoom 7000</td><td></td></tr><tr><td>Zoom 6000 obiettivo</td><td>Navitar Inc.</td><td>Zoom 6000</td><td></td></tr><tr><td>Serbatoio di azoto compresso</td><td>Praxair Technology, Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Regolatore di pressione</td><td>Praxair Technology, Inc.</td><td></td><td></td>PRS20124351CGA</tr><tr><td>Tubo per azoto compresso</td><td>Swagelok Company</td><td>SS-CT8SL8SL8-12</td><td></td></tr><tr><td>Tubo per liquido</td><td>Swagelok Company</td><td>SS-7R8TA8TA8</td><td></td></tr><tr><td>Accumulator</td><td>Accumulators, Inc.</td><td></td><td></td>A131003XS</tr><tr><td>Elettrovalvola a solenoide</td><td>Soluzioni Inc.</td><td>2223X-A440-00</td><td></td></tr><tr><td>Trasduttore di pressione</td><td>WIKA Instruments Ltd</td><td>#50398083</td><td></td></tr><tr><td>Gruppo ugello</td><td>Glicerina</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Poli (ossido di etilene)</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table> personalizzato

visualizzazione di liquid high speed ​​jet occlusione su una superficie mobile

Visualization of High Speed Liquid Jet Impaction on a Moving Surface

Due apparati per l&#39;esame impingement getto di liquido su una superficie in movimento ad alta velocità sono descritti: un dispositivo cannone ad aria (per l&#39;esame velocità superficiali tra 0 e 25 m / sec) e un dispositivo di disco rotante (per l&#39;esame velocità superficiali fra 15 e 100 m / sec). La traslazione lineare cannone ad aria è un sistema alimentato a energia pneumatica che è progettato per accelerare una superficie guida metallica montata sulla parte superiore di un proiettile in legno. Un cilindro pressurizzato provvisto di elettrovalvola rilascia rapidamente l&#39;aria in pressione nel cilindro, forzando il proiettile lungo la canna cannone. Il proiettile viaggia sotto un ugello di spruzzo, che incide un getto di liquido sulla sua superficie superiore di metallo, e il proiettile poi colpisce un meccanismo di arresto. Una telecamera registra il impingement jet, e un trasduttore di pressione registra la contropressione ugello. Il disco rotante set-up è costituito da un disco in acciaio che raggiunge una velocità di 500 a 3.000 rpm tramite un variatore di frequenza (VFD) del motore. Un si sistema a spruzzomilar a quella del cannone dell&#39;aria genera un getto di liquido che incide sul disco rotante, e telecamere poste in diversi punti di accesso ottico registrare il impingement jet. Le registrazioni video dei processi urto jet vengono registrati ed esaminati per stabilire se l&#39;esito del conflitto è spruzzi, splatter, o la deposizione. Gli apparati sono il primo che coinvolgono l&#39;urto ad alta velocità di-Reynolds-basso numero getti di liquido su superfici in movimento ad alta velocità. Oltre alle sue applicazioni industriali ferroviario, la tecnica descritta può essere utilizzata per fini tecnici e industriali quali siderurgia e può essere rilevante per la stampa 3D ad alta velocità.

<html> Come discusso nella sezione introduttiva, i tre comportamenti principali associati impingement getto liquido sono deposizione, splatter e schizzi. Questi comportamenti jet impingement sono osservate utilizzando dati video registrati dalle cineprese ad alta velocità posizionati in vari punti ottici. Esempi di immagini fisse, ottenuti dalle registrazioni video, che raffigurano tre risultati getto liquido sono mostrati in Figura 3. Figura 3A illustra la deposizione a getto di liquido, in cui il getto...

Vengono descritti due dispositivi sperimentali per esaminare l'impatto di getti di liquidi su una superficie mobile ad alta velocità: un dispositivo a cannone ad aria compressa e un dispositivo a disco rotante. Gli apparati vengono utilizzati per determinare gli approcci ottimali all'applicazione del modificatore di attrito liquido (LFM) sui binari ferroviari per il controllo dell'attrito della parte superiore della rotaia.

Visualizzazione di Liquid High Speed ​​Jet Occlusione su una superficie mobile

Two apparatuses for examining liquid jet impingement on a high-speed moving surface are described: an air cannon device (for examining surface speeds ...

L'obiettivo generale del seguente esperimento è studiare l'impatto di un getto liquido a superficie libera su superfici in movimento ad alta velocità. Questo viene ottenuto utilizzando due apparecchiature diverse. La prima è un disco rotante con una velocità massima di 100 metri al secondo, su cui un ugello spruzza un getto di liquido.Le telecamere registrano l'impatto del liquido sulla superficie per un'analisi successiva. Il secondo apparato è un cannone a rotaia azionato da aria compressa, in grado di sparare un proiettile fino a 25 metri al secondo. Il proiettile passa al di sotto di un'apertura da cui viene espulso un sottile getto di liquido.Una telecamera acquisisce un video per l'analisi dell'impatto. Successivamente, il video viene analizzato e l'impatto sulla superficie del getto viene caratterizzato e quantificato. I risultati mostrano che esistono tre diversi tipi di comportamento all'impatto, e che le transizioni tra questi comportamenti dipendono da diverse variabili.Questo metodo può aiutarci a rispondere ad alcune domande fondamentali nel campo della meccanica dei fluidi a superficie libera, in particolare riguardo alle caratteristiche di espansione di una perdita a superficie libera nell’impatto con una superficie in movimento. Può inoltre essere utilizzato per studiare la meccanica dei fluidi delle linee di contatto in movimento. Questo video inizia dall'apparecchiatura con disco rotante, dopo la preparazione del fluido di prova.Questo schema fornisce una panoramica del sistema. Un disco è azionato da un motore elettrico con inverter a frequenza variabile. Un ugello è posizionato per inviare un getto di fluido di prova sulla superficie del disco. Telecamere.Registra l'azione di interazione tra il fluido e la superficie. Inizia a verificare l'apparato assicurandoti innanzitutto che la valvola di alimentazione dell'aria per il cuscinetto pneumatico sia aperta. Il manometro dovrebbe indicare una pressione compresa tra 60 e 80 PSI di pressione relativa.Successivamente, rimuovere qualsiasi ostacolo che possa impedire il movimento del disco e ruotare il disco. Eseguire diverse rotazioni in ciascuna direzione per verificare la presenza di eventuali problemi. Procedere quindi a lavorare con il sistema del fluido di prova.Inclinare e fissare l'accumulatore di gas compresso utilizzato per la pressurizzazione del fluido di prova. Quando pronto, introdurre tre chilogrammi di liquido di prova o il liquido nel raccordo del fluido dell'accumulatore con il fluido in posizione. Procedere poi a effettuare per primi i collegamenti necessari.Collegare il collegamento del gas dell'accumulatore a una bombola di azoto mediante un regolatore di pressione. Successivamente, collegare il collegamento del fluido dell'accumulatore all'ugello dello spruzzo a getto. Quindi, avviare il software di controllo del disco e del motore procedendo con la verifica delle due telecamere per filmati.Ognuno è dotato di una lente ad alto ingrandimento e viene posizionato a 35 centimetri dal punto di impatto del getto; ciascuno cattura una vista diversa. Posizionare una sorgente luminosa a fibra ottica da 150 watt per ottenere uno sfondo uniformemente illuminato; il test può quindi iniziare. Una volta che tutti i componenti del sistema sono pronti.Utilizzare il controller del variatore di frequenza per impostare la velocità del disco al valore desiderato. In questo caso, circa 1000 giri/min nel software di controllo. Fare clic sul pulsante della sequenza di prova per avviare il test automatizzato.Durante il test, il software determina i parametri ottimali. Monitora la velocità superficiale, la pressione di retroazione dell'ugello e la temperatura, e attiva le telecamere al termine del test. Il video e gli altri dati possono essere salvati; inoltre, esperimenti possono essere condotti utilizzando un cannone ad aria.Il cannone ad aria è composto da una canna in acciaio, pressurizzata da un serbatoio d'aria. Il proiettile è in legno con una superficie superiore in metallo sulla quale impatterà il getto di liquido. Un ugello posizionato sopra la canna fornisce il getto di fluido.Ora procurarsi tre chilogrammi di fluido di prova preparato e versarli nel foro di ingresso del fluido nell'accumulatore. Al termine, collegare il foro del fluido dell'accumulatore all'ugello dello spruzzo a getto e collegare il tubo dal foro del gas dell'accumulatore a una bombola di azoto. Azionare un regolatore di pressione.Completare la preparazione del fluido impostando la pressione dell'accumulatore a circa 40 PSI. Per questo video, accendere il software del controller. Quindi prendere il proiettile e inserirlo nel cannello del cannone.Spostare il meccanismo di arresto all'uscita del cilindro. Successivamente, aprire la linea d'aria pressurizzata che porta al serbatoio dell'aria. Portare il serbatoio alla pressione compresa tra 30 e 70 PSI per ottenere la velocità del proiettile desiderata.A questo punto, verificare l'allestimento per la ripresa video. Posizionare una telecamera ad alta velocità accanto all'ugello dello spruzzo a getto e un foglio diffusore sul lato opposto della canna della pistola ad aria rispetto alla telecamera. Fissare una luce ad alta intensità a fibra ottica in modo che illumini il sito di impatto attraverso il diffusore.Una volta che tutto è in posizione, indossare la protezione in air moss per difendersi dall'esplosione del cannone ad aria. Accedere al pannello di controllo del cannone e premere il pulsante di avvertimento per segnalare l'inizio di un esperimento. Premere il pulsante sul pannello di controllo della pistola ad aria per sparare il proiettile e attivare il sistema di controllo automatico del cannone ad aria, coordinando ogni componente dell'apparato.Per completare il test per l'analisi dei dati, utilizzare un computer dotato di software per la visualizzazione delle registrazioni ad alta velocità per una determinata condizione di prova. Riprodurre il video dell'impatto a velocità normale per osservare e registrare il comportamento del getto. Dopo aver calibrato la scala dell'immagine, identificare un intervallo nel video.Quando il getto appare più stabile, iniziare a misurare e registrare le dimensioni di interesse derivanti dall'impatto. In questo caso, il software viene utilizzato per determinare il raggio del punto di ristagno della lamella. Completare la misurazione di tutte le dimensioni prima di procedere.Successivamente, avanzare di 100 fotogrammi nelle immagini. Ripetere le misurazioni per confermare che il getto e la lamella siano stabili. Esistono tre comportamenti principali associati all'impatto di un getto liquido su superfici in movimento: deposizione, schizzo e schiumatura.Queste immagini fisse sono state ottenute da registrazioni video durante esperimenti in cui il getto fluiva in un flusso rettilineo e costante verso la superficie. Nella deposizione, il getto aderisce alla superficie e vi permane. Per il resto dell'esperimento, si verificano schizzi e spruzzi quando il getto liquido aderisce solo parzialmente alla superficie d'impatto.La transizione tra comportamento di deposizione e schizzo o spruzzo dipende da molte variabili, tra cui il diametro del getto, la velocità del getto e della superficie, la viscosità del getto, la pressione dell'aria circostante e persino la rugosità della superficie. Ad esempio, in questo video si osserva la deposizione del getto quando questo colpisce una prima superficie con una rugosità di 510 nanometri e una seconda superficie con una rugosità di 160 nanometri. Al contrario, lo spruzzo si verifica quando il getto impatta una terza superficie con una rugosità di 16 nanometri.L'impatto di un getto liquido su un substrato in movimento è fisicamente molto complesso. L'apparato mostrato in questo video permette di studiare l'impatto del getto in modo scientifico controllato.

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