真空条件下で反発係数の測定のための実験のセットアップの開発

Summary

反発係数は、衝突時の運動エネルギーの損失を表すパラメータです。ここで、真空条件下で自由落下セットアップは高い衝撃速度を有するマイクロメートルの範囲の粒子のための回復パラメータの係数を決定することができるように開発されています。

Abstract

個別要素法は、プロセスの単一の段階、さらにはプロセス全体のために彼らの行動を予測し、その後最適化するために、それらを記述し、分析する粒子系のシミュレーションに使用されています。粒子 - 粒子および粒子 - 壁接触を発生するとシミュレーションでは、反発係数の値が必要です。これは、実験的に決定することができます。反発係数は衝突速度のようないくつかのパラメータに依存します。特に微粒子のための衝突速度は、空気の圧力に依存し、大気圧下で高い衝撃速度に到達することはできません。このために、真空条件下で自由落下試験のための新たな実験装置が開発されています。反発係数は、高速カメラによって検出される衝撃や跳ね返り速度で決定されます。視野を妨げないように、真空チャンバは、ガラスで作られています。真空下で1単一粒子をドロップすることも、新しいリリース機構条件が構成されています。ものと、粒子のすべてのプロパティは、事前に特徴づけることができます。

Introduction

粉末および顆粒は、私たちの周りのどこにでもあります。それらのない人生は、現代社会では不可能です。彼らも、穀物や小麦粉、砂糖、コーヒー、ココアとして食べ物や飲み物に表示されます。これらは、レーザープリンタ用トナーのような毎日使用されるオブジェクトのために必要とされます。それが溶融し、新しい形を与えられている前に、プラスチックは顆粒状に搬送されるため、また、プラスチック業界では、それらのない想像ではありません。値のエニスら ^1、少なくとも40％は、化学工業（農業、食品、医薬品、ミネラル、軍需）によって米国の消費者物価指数に追加された後、粒子技術に接続されています。 Nedderman ^2も製品及び原料の75％以上、約50％（重量）の化学工業における粒状固体であると述べました。彼はまた、粒状物質の貯蔵及び輸送に関する多くの問題が発生することを宣言しました。これらの一つは、輸送およびhandli中ことですngの多くの衝突が起こります。 、分析記述および粒子システムの挙動を予測するために、個別要素法（DEM）のシミュレーションを行うことができます。これらのシミュレーションのための微粒子系の衝突挙動の知識が必要です。 DEMシミュレーションで、この動作を説明するパラメータは実験で決定されなければなら反発（COR）の係数です。

CORは、Seifried らによって記載されるように衝突時の運動エネルギーの損失....

Protocol

1.粒子粗い用いた実験または700ミクロンに等しいです

1. 実験の準備
   1. スリーブを取り外し、真空室の上部カバーを持ち上げます。真空チャンバー内の所望の壁材料からなるベースプレートを置きます。手で慎重にプレートにスライド横に真空チャンバーの下部を回します。
   2. ベースプレートの中央にピンセットで検査すべき粒子の1つを正確に配置します。その後、ベースプレートは、視野の最低四半期になるように三脚とカメラの高さを調整し、粒子に焦点を当てます。
   3. ピンセットを使用して粒子を削除してください。
2. 実験手順
   1. 粒子の所望の衝突速度に達するように、粒子チャンバーの高さを調整します。高さの指標として保持板に取り付けられたスティックのスケールを使用してください。と、粒子チャンバーを閉じますピペットの周囲は、チャンバのドリル穴の縁に接触するように、それを押し下げることにより、ピペットの先端。スリーブを開き、真空チャンバの上部カバーを持ち上げます。
   2. ピンセットで、粒子チャンバー内で一つの球を置きます。球体を分析しなければならない粒子の種類に応じて、固体または液体充填（Louge ら ¹⁴のように）ことができます。しかし、この作品では唯一の固体粒子が検討されています。真空室（シリンダ）の下部に上部カバーを置き、トップカバーとスリーブと真空チャンバーの下部を接続します。
   3. 0.....

Results

分析のためには100μm〜4.0ミリメートルの直径を有するガラス粒子は、20mmの厚さを有するステンレス鋼製ベースプレート上200mmで初期の高さから落下させました。

図6は、大気圧と真空用粒子サイズに応じCORの平均値だけでなく、最大値と最小値を示しています。 CORの平均値が大きいか、または空気圧の独立700ミクロンに等しい粒子についてほぼE = 0.9であることが見出されています。

直径400μm未満の粒子については、CORは、真空条件下でE = 0.9の値でほぼ一定のままです。大気圧下CORは、粒子径の減少に伴って減少します。この理由は、粒子の前の空気がWH自由落下中に圧縮されている可能性があり運動エネルギーを吸収し、衝突を減衰させるクッションの種類で、.......

Discussion

実験セットアップの機能を一般的に検証するために、他の確立されたセットアップと同様の材料の組み合わせでテストします (Antonyuk et al.⁵ および Wong et al.¹³)が行われた。非常によく似た結果が得られたので、一般的な手順は機能しているようです。それにもかかわらず、手順には注意を払う必要があり、分析とさらなる改善が必要です。

実験的なセットアップの主な制限は、ビデオの品質です。一方では、粒子がカメラの視野内に正確に入っていないため、画像がぼやける可能性があります。ここでは、粒子放出中の粒子チャンバーの不安定性により、粒子が完全に中心に衝突しません。一方、ピクセル数によってニュアンスの数が制限されるため、解像度は速度を決定する精度に関与します。したがって、フレームレートが高いほど解像度が低くなるため、異なるフレームレートをテストする必要があります。700 μmの粒子を使用した実験のようなピクセルと距離間の変換のキャリブレーションの問題を回避するには、実験とまったく同じカメラ設定で、適.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
ハイスピードカメラ オリンパス i-SPEED 3	オリンパス		粒子の衝撃を捉えるハイスピードカメラ
スクリーン オリンパス i-SPEED CDU	オリンパス		ハイスピードカメラと連動するスクリーン
光源 オリンパス ILP-2	オリンパス		高フレームレートでの動画撮影に必要な光源
真空ポンプ アルカテル パススケール 2005 D	アルカテル		実験中に真空を生成する真空
ポンプ 真空ゲージ アルカテル CFA 212	アルカテル		真空レベルを測定する真空ゲージ
i-SPEED Software Suite (Control version)	オリンパス		ソフトウェア ビデオを評価するソフトウェア
ガラスビーズ	Sigmund Lindner GmbH		SiLibeads Type P (0.700, 1.588, 2.381, 2.780, 3.680, 4.000 mm) SiLibeads Type S (0.1-0.2, 0.2-0.3, 0.3-0.4 mm) http://www.sigmund-lindner.com(ガラスの特性の詳細については、サプライヤーのWebサイトを参照してください)
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