Summary
מקדם שבת הוא פרמטר המתאר את אובדן האנרגיה הקינטית במהלך התנגשות. הנה, התקנת נפילה חופשית בתנאי ואקום מפותח כדי להיות מסוגל לקבוע את מקדם פרמטר שבת עבור חלקיקים בטווח מיקרומטר עם מהירויות מרשימות.
Abstract
שיטת האלמנט הדיסקרטית משמשת הסימולציה של מערכות חלקיקים לתאר ולנתח אותם, כדי לחזות ולאחר מכן לייעל את התנהגותם לשלבים יחידים של תהליך או אפילו תהליך כולו. הסימולציה עם התרחשות קשר חלקיק-חלקיק וחלקיק-קיר, הערך של מקדם התקומה נדרש. זה יכול להיקבע באופן ניסיוני. מקדם שבת תלוי במספר פרמטרים כמו מהירות ההשפעה. במיוחד עבור חלקיקים זעירים מהירות ההשפעה תלוי בלחץ אוויר בלחץ אטמוספרי במהירויות גבוהות השפעה לא ניתן להגיע. לשם כך, התקנה ניסיונית חדשה לבדיקות נפילה חופשית בתנאי ואקום מפותחת. מקדם שבת נקבע עם מהירות השפעת הריבאונד אשר מזוהות על ידי מצלמה במהירות גבוהה. כדי לא לעכב את הנוף, ואקום החדר עשוי מזכוכית. כמו כן מנגנון שחרור חדש לרדת חלקיק אחד בודד תחת ואקוםתנאי בנוי. עקב כך, כל המאפיינים של החלקיקים ניתן לאפיין מראש.
Introduction
אבקות גרגירים נמצאים בכל מקום סביבנו. חיים בלעדיהם אי אפשר בחברות מודרניות. הם מופיעים מזון ומשקאות דגנים או אפילו קמח, סוכר, קפה וקקאו. הם נדרשים עבור אובייקטים בשימוש יומיומי כמו הטונר במדפסת לייזר. גם תעשיית הפלסטיק אי-אפשר לדמיין בלעדיהם, כי פלסטיק מועבר בצורה פרטנית לפני שהוא נמס נתון צורה חדשה. לאחר אניס ואח '. 1 לפחות 40% מהערך המוסף למדד המחירים לצרכן של ארצות הברית של אמריקה על ידי התעשייה הכימית (חקלאות, מזון, תרופות, מינרלים, תחמושת) מחוברת לטכנולוגיה החלקיקים. Nedderman 2 אף הצהיר כי כ -50% (משקל) של מוצרי מינימום של 75% מחומרי הגלם הנם מוצקים פרטניים בתעשייה הכימית. כמו כן הצהיר כי יש נוצרים בעיות רבות הנוגעות אחסון והובלה של חומרים גרעיניים. אחת מהן היא כי במהלך ההובלה handling רבים התנגשויות להתקיים. כדי לנתח, לתאר ולחזות את ההתנהגות של מערכת חלקיקים, שיטת אלמנטים בדידה (DEM) סימולציות יכולות להתבצע. בשביל ידע סימולציות אלה של התנהגות ההתנגשות של מערכת החלקיקים הכרחי. הפרמטר המתאר התנהגות זו בהדמיות DEM הוא מקדם תקומה (COR) כי יש לקבוע בניסויים.
התפאורה היא מספר המאפיינת את אובדן האנרגיה הקינטית במהלך הפגיעה כפי שתואר על ידי סייפריד et al. 3. הם הסבירו כי זו נגרמת על ידי דפורמציות פלסטיק, התפשטות גלים ותופעות viscoelastic. גם תורנטון נינג 4 ציינו כי כוחות עלולים להיות נצרכים על ידי עבודה עקב ממשק הידבקות. התפאורה תלוי מהיר השפעה, התנהגות חומר, גודל חלקיקים, צורה, חספוס, תכולת לחות, תכונות הידבקות וטמפרטורה כאמורה Antonyuk et al. 5. במשך completelהשפעת y אלסטי כל האנרגיה הנספגת מוחזר לאחר ההתנגשות, כך המהירות היחסית בין שותפי קשר שווה לפני ואחרי ההתנגשות. זה מוביל COR של e = 1. במהלך השפעת פלסטיק בצורה מושלמת את כל האנרגיה הקינטית הראשונית נספגת שותפי הקשר נדבקים זה לזה מה שמוביל COR של e = 0. כמו כן, Güttler et al. 6 הסביר כי ישנם שני סוגים של התנגשויות. מצד אחד, יש את ההתנגשות בין שני תחומים אשר ידועים גם בשם איש קשר החלקיק-חלקיק. מצד השני, יש את ההתנגשות בין כדור וצלחת כי נקראה גם קשר חלקיק-קיר. עם נתונים עבור COR ומאפיינים חומר אחר כמו מקדם החיכוך, צפיפות, מודולוס יחס גזירה פואסון סימולציות DEM ניתן לבצע כדי לקבוע את מהירויות שלאחר collisional אוריינטציות של חלקיקים כפי שהוסבר על ידי Bharadwaj et al. 7. כפי shown ב Antonyuk et al. 5, COR ניתן לחשב עם יחס של מהירות ריבאונד להשפיע מהירות.
לכן התקנה ניסיונית עבור בדיקות נפילה חופשית לבחון את קשר חלקיק-קיר של חלקיקים בקוטר של 0.1 מ"מ עד 4 מ"מ נבנתה. היתרון של ניסויי נפילה חופשית לעומת ניסויים מואצים כמו פו et al. 8 ו סומפרלד הובר 9 הוא כי סיבוב עלול להתבטל. לפיכך, העברה בין האנרגיה הקינטית הסיבובית ו translational המשפיע על COR ניתן להימנע מכך. חלקיקים אספריים צריכים להיות מסומנים כמו פרסטר et al. 10 או לורנץ et al. 11 לקחת סיבוב בחשבון. ככל COR הוא תלוי מהיר ההשפעה, מהירויות ההשפעה בניסויים צריכים להתאים לאלה בתהליכי ההובלה וטיפול האמיתיים. בניסויי נפילות בלחץ אטמוספרי, מהירות ההשפעה מוגבלתעל ידי כוח הגרר, בעל השפעה הגוברת על גודל חלקיקים יורד. כדי להתגבר על חסרון זה, הגדרת הניסוי עובדת בתנאי ואקום. אתגר שני הוא לרדת רק חלקיק אחד בודד ומאז אפשר לאפיין את כל המאפיינים המשפיעים על COR מראש עבור חספוס פני שטח למשל הידבקות. עם הידע הזה, פקידת ההתקשרות ניתן לקבוע על פי המאפיינים של החלקיקים. לשם כך, מנגנון שחרור חדש פותח. בעיה נוספת היא הכוחות הדבקים של אבקות בקוטר נח 400 מיקרומטר. לכן, בסביבת טמפרטורה יבשה הסביבה יש צורך להתגבר על הידבקות.
הגדרת הניסוי מורכבת מכמה חלקים. נוף חיצוני של הגדרת הניסוי הקיים מוצג באיור 1. ראשית, ישנו ואקום החדר כי הוא עשוי זכוכית. הוא מורכב של חלק תחתון (צילינדר), כיסוי עליון, טבעת חותם שרוול לחיבורחלקים. החלק התחתון יש שני פתחים עבור חיבור עם משאבת ואקום ואת מד ואקום. את המכסה העליון יש ארבעה פתחים. שניים מהם נחוצים מקלות של מנגנון שחרור כמתואר להלן וכן שני, שניתן להשתמש בהם עבור שיפורים נוספים של הניסוי. כל הפתחים הללו ניתן לסגור עם טבעות חותמות פקקי הברגה כשעובד בתנאי ואקום.
יתר על כן, מנגנון שחרור חדש פותח מאז שימוש זרבובית ואקום כמו בניסויים רבים אחרים שתועדו בספרות (למשל פרסטר ואחות '. 10, לורנץ et al. 11, פו et al. 12 או וונג ואח'. 13) לא אפשרי בסביבת ואקום. המנגנון מתממש על ידי מדור גלילי עם חור קידוח חרוטים, המוחזק על ידי צלחת. זה קשור למקל שמתאים אחת ההטבעות החותמות של המכסה העליון של תא הוואקום ומבטיח התקנון של variabגובה le ראשוני עבור ניסויי הנפילה חופשית. סולם מצויר על המקל למדידת הגובה. סגירת תא החלקיקים מיושמת על ידי טיפ חרוטים של פיפטה שמחוברת שוב למקל. מנגנון המהדורה החדש ניתן לראות באיור 2 ועובד כפי שמתואר כאן: במצב ההתחלתי קצה פיפטה נדחף כלפי מטה, כך ההיקף של הקצה נוגע בקצה לקדוח חור של התא. תא סגור עם קצה פיפטה כך אין מקום חלקיק לעזוב תוך תא הבידוד דרך החור. כדי לשחרר את החלקיקים, המקל הוא משך כלפי מעלה יחד לאט מאוד עם הקצה המחובר אליו. ככל בקוטר של הקצה הולך ומצטמצם פער בין היקפו ואת הקצה לקדוח החור מתעורר שדרכו החלקיק יכול לעזוב את החדר. למרות שניתן היה לצפות סיבוב של החלקיק עם מנגנון שחרור החדש שפותח כמו החלקיק יכול 'רול "מתוך צ'אםבער, התנהגות שונה מופיעה הניסויים. איור 3 מראה את ההשפעה של חלקיק aspherical מ 50 פריימים לפני 50 פריימים אחרי ההשפעה בצעדים של 25 מסגרות. מן הצורה של החלקיקים לא סיבוב גלוי לפני השפעת (1-3) ואילו לאחר מכן זה ברור ספינים (4-5). לכן שחרורו הלא הסיבוב טען מתקיים עם מנגנון שחרור זה.
מרכיב נוסף של הגדרת הניסוי הוא baseplate. למעשה ישנם שלושה סוגים שונים של baseplates מורכב מחומרים שונים. אחת עשוי נירוסטה, שנייה של אלומיניום שליש פוליוויניל כלוריד (PVC). baseplates אלה מייצגים חומרים המשמשים לעתים קרובות בהנדסת תהליך למשל בכורים וצינורות.
כדי לקבוע את מהירויות השפעת ריבאונד, מצלמה במהירות גבוהה עם 10,000 fps ברזולוציה של 528 x 396 פיקסלים משמשת. תצורה זו נבחרה תמיד ישתמונה אחת ליד ההשפעה וגם הרזולוציה היא עדיין משביעה רצון. המצלמה מחוברת אל מסך שמציג סרטונים המיידיים כאשר נקלטים. זה הכרחי, כי המצלמה במהירות הגבוהה יכולה רק לחסוך כמות מוגבלת של תמונות ומחליפה את תחילת הווידאו כאשר סכום זה הוא חריג. יתר על כן, מקור אור חזק עבור התאורה של שדה הראייה של המצלמה במהירות הגבוהה נדרש. לקבלת אחידות תאורה גיליון נייר שרטוט טכני מודבק על הישבן של תא ואקום שמתפשט האור.
לבסוף, משאבת שבשבת סיבובית שני שלבים משמשת להקי ואקום של 0.1 mbar וכן אמצעי מד ואקום הוואקום כדי להבטיח תנאים סביבתיים קבועים.
עבור חרוזי זכוכית העבודה המוצגת כאן בקטרים חלקיקים שונים (0.1-0.2, 0.2-0.3, 0.3-0.4, 0.700, 1.588, 2.381, 2.780, 3.680 ו 4.000 מ"מ) משמשים. החרוזים עשויים סיד סודההזכוכית הם כדורית עם משטח די חלק.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. ניסויים עם חלקיקים גסים יותר או שווה ל 700 מיקרומטר
- הכנת ההתקנה הניסיונית
- הסר את השרוול והרם את המכסה העליון של תא הוואקום. מניחים את baseplate המורכב של חומר הקיר הרצוי בתא ואקום. סובבו את החלק התחתון של לצדדים בתא ואקום להחליק בצלחת בקפידה על ידי ידיים.
- מקום בדיוק אחד החלקיקים להיבדק עם פינצטה במרכז של baseplate. לאחר מכן להתאים את הגובה של המצלמה עם חצובה בצורה כזו כי baseplate הוא ברבעון הנמוך ביותר של שדה הראייה ולהתמקד החלקיקים.
- הסר את החלקיקים באמצעות פינצטה.
- נוהל ניסיוני
- התאם את הגובה של תא החלקיקים בצורה כזו כי מהירות ההשפעה הרצויה של החלקיק הוא הגיעה. השתמש בקנה המידה על המקל מצורף צלחת ההחזקה כאינדיקטור של הגובה. סגור את תא חלקיק בעלקצה פיפטה ידי דחיפה אותו כך ההיקף של פיפטה נוגע בקצה לקדוח חור של התא. פתח את השרוול והרם את המכסה העליון של תא הוואקום.
- שים כדור אחד בודד בתא החלקיקים עם פינצטה. התחום יכול להיות מוצק או נוזל מלא (כמו Louge et al. 14), תלוי איזה סוג של חלקיקים יהיה מנותח. עם זאת, בעבודה זו חלקיקים מוצקים רק נבחנים. מניחים את המכסה העליון על החלק התחתון של תא ואקום (צילינדר) ולחבר את המכסה העליון והחלק התחתון של תא ואקום עם השרוול.
- לפנות את החדר עם משאבת הוואקום עד לרמה של 0.1 mbar (או כל ערך אחר רצוי) הוא הגיע. מדדו את הלחץ עם מד ואקום. סגור את השסתום בצד של תא הוואקום ומכבה את משאבת הוואקום. תלבש משקפי בטיחות כאשר עובדים בתנאי ואקום.
- החל מסגרת בשיעור של 10,000 fps ולהתאים את הגדרות המצלמה (מניחיםיון / זום) להשגת פתרון של 528 x 396 פיקסלים. להתחלת ההקלטה של המצלמה במהירות גבוהה ולפתוח את החור של תא החלקיקים לשחרר את החלקיקים. במקביל למשוך ולהפוך את המקל המצורף קצה פיפטה כדי למנוע בעיות מקל החלקה בשל חיכוך גבוה בין מקל טבעת חותם.
- עצור את ההקלטה של המצלמה ישירות אחרי האימפקט כי רק כמות מוגבלת של תמונות ניתן לשמור הראשונים מוחלפים כאשר מגבלה זו היא חריגה. חותך את הסרט סביב המיידי של ההשפעה ברמת המסך ולשמור אותו בכרטיס הזיכרון.
- חזור על הניסוי עשר פעמים כדי להשיג תוצאות מובהקות סטטיסטית. התוצאות הן מובהקות סטטיסטי אם אחרי עשר חזרות, הערך הממוצע אינו משנה יותר (זה יכול להיות שונה עבור חומרים אחרים תלוי ההומוגניות של המדגם או צורות חלקיק אחרות).
- נוהל הערכה
- כייל את התוכנה עם ידעגודל n של חלקיק או אחר אובייקט באמצעות מסגרת אחת של הווידאו שנעשה בשלב 1.2.4 להשיג המרה בין פיקסלים ומרחקים. השתמש הקוטר האופקי כפי שהוא לא מטושטש עקב התנועה של החלקיק.
- לספור את מספר הפיקסלים של הקוטר האופקי ולאחר מכן לחלק את המרחק הידוע על ידי מספר הפיקסלים כדי לקבל את מקדם המרה 'המרחק לפיקסל'. תמונה של תהליך הכיול מוצגת באיור 4.
- גדר נקודת התייחסות של תנועה על גבי בתחום עשר מסגרות לפני ומסגרת אחת לפני ההשפעה לחשב את מהירות ההשפעה. איור 5 מציגים את שתי נקודות הציון של תנועה. עם מקדם המרה משלב 1.3.1, להשתמש את מספר הפיקסלים בין שתי נקודות כדי להשיג את המרחק. חלק את המרחק עד העבר (המכפלה של מספר מסגרות צעד זמן) כדי לקבל את מהירות ההשפעה.
- גדר נקודת התייחסות שלתנועה על החלק העליון של מסגרת כדור אחד אחרי ועשרה הפריימים אחרי ההשפעה לחשב את מהירות הריבאונד. קבע את מהירות ההתאוששות אנלוגית לשלב 1.3.2.
- חשב את COR כמו היחס בין מהירות ריבאונד למהירות השפעה.
- חזור על שלבי 1.3.1-1.3.4 להערכה כל סרטוני מבחן ירידה נרשמו.
- כייל את התוכנה עם ידעגודל n של חלקיק או אחר אובייקט באמצעות מסגרת אחת של הווידאו שנעשה בשלב 1.2.4 להשיג המרה בין פיקסלים ומרחקים. השתמש הקוטר האופקי כפי שהוא לא מטושטש עקב התנועה של החלקיק.
2. ניסויים עם אבקות פיינר או שווה ל 400 מיקרומטר
- הכנת ההתקנה הניסיונית
- הסר את השרוול והרם את המכסה העליון של תא הוואקום. מניחים את baseplate המורכב של חומר הקיר הרצוי בתא ואקום. סובבו את החלק התחתון של לצדדים בתא ואקום להחליק בצלחת בקפידה על ידי ידיים.
- מניחים חפץ לביטוי הולם כגון חלקיק עם גודל ידוע במרכז baseplate עם פינצטה. לאחר מכן להתאים את הגובה של המצלמה עם חצובה בצורה כזו כי baseplate הוא ברבעון הנמוך ביותר שלשדה הראייה ולהתמקד אובייקט ההתייחסות.
- להקליט סרטון וידאו קצר של אובייקט ההתייחסות כאשר הוא שוכב על baseplate עם אותן הגדרות בדיוק כמו בניסויים הבאים.
- הסר את אובייקט התייחסות באמצעות פינצטה.
- נוהל ניסיוני
- התאם את הגובה של תא החלקיקים בצורה כזו כי מהירות ההשפעה הרצויה של החלקיק הוא הגיעה. השתמש בקנה המידה על המקל מצורף צלחת ההחזקה כאינדיקטור של הגובה. סגור את תא החלקיק בעל קצה פיפטה ידי דחיפה אותו כך ההיקף של פיפטה נוגע בקצה לקדוח חור של התא. פתח את השרוול והרם את המכסה העליון של תא הוואקום.
- שים 50 עד 100 כדורים בתא החלקיקים. כדי להנחות את תחומי החדרת החלקיקים, להפקיד אותם קודם על דף נייר מקופל. השתמש בנייר המקופל כמו חריץ כדי להחליק את חלקיקי ההחדרה. מניחים את המכסה העליון על tהוא החלק התחתון של תא ואקום (צילינדר) ולחבר את המכסה העליון והחלק התחתון של תא ואקום עם השרוול.
- לפנות את החדר עם משאבת הוואקום עד לרמה של 0.1 mbar (או כל ערך אחר רצוי) הוא הגיע. מדדו את הלחץ עם מד ואקום. סגור את השסתום בצד של תא הוואקום ומכבה את משאבת הוואקום. תלבש משקפי בטיחות כאשר עובדים בתנאי ואקום.
- להתחלת ההקלטה של המצלמה במהירות גבוהה עם 10,000 fps ברזולוציה של 528 x 396 פיקסלים ולפתוח את החור של תא החלקיקים לשחרר חלקיקים. במקביל למשוך ולהפוך את המקל המצורף קצה פיפטה כדי למנוע בעיות מקל החלקה בשל החיכוך הגבוה בין מקל טבעת חותם. משוך לאט מאוד כדי למנוע את זה כל החלקיקים לרדת בעת ובעונה אחת.
- עצור את ההקלטה של המצלמה 5 עד 6 שניות לאחר השפעת החלקיקים הראשונים בגלל כמות מוגבלת בלבד של תמונות ניתן לשמור ואת האשוחאלה st מוחלפים כאשר מגבלה זו היא חריגה. חותך את הסרט על המסך בצורה כזו שלפחות 10 משפיע ממוקד בבירור של חלקיקים גלויים ולשמור אותו בכרטיס הזיכרון.
- נוהל הערכה
- כייל את התוכנה עם הגודל הידוע של אובייקט הפנייה מהסרטון של צעד 2.1.3 להשיג המרה בין פיקסלים ומרחקים. ספירת פיקסלים של גודל אובייקט הפנייה ולאחר מכן לחלק את המרחק הידוע על ידי מספר הפיקסלים כדי לקבל את מקדם המרה 'המרחק לפיקסל'.
- גדר נקודת התייחסות של תנועה על גבי בתחום הממוקד בבירור הראשון בסרטון עשר מסגרות לפני ומסגרת אחת לפני ההשפעה לחשב את מהירות ההשפעה. חשב את מהירות ההשפעה אנלוגי לשלב 1.3.2 יחד עם מקדם המרה משלב 2.3.1.
- גדר נקודת התייחסות של תנועה על גבי המסגרת לאחר אחד בתחום הראשונה התמקדה בבירור ועשר מסגרות מובילות לירכיםאה ההשפעה לחשב את מהירות הריבאונד. חשב את מהירות ההתאוששות אנלוגית לשלב 2.3.2.
- חשב את COR כמו היחס בין מהירות ריבאונד למהירות השפעה.
- חזור על שלבי 2.3.2-2.3.3 להערכת ההשפעות של עוד תשעה כדורים ממוקדים בבירור.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
עבור חלקיקי זכוכית ניתוח בקוטר של 100 מיקרומטר ל -4.0 מ"מ נמצאו ממטוס בגובה ההתחלתי של 200 מ"מ על baseplate נירוסטה עם עובי של 20 מ"מ.
איור 6 מציג את הערכים הממוצעים וכן מקסימלית ערכי מינימום עבור COR תלוי בגודל החלקיקים ללחץ ואקום אטמוספרי. הערך הממוצע של COR יימצא דואר כ = 0.9 עבור חלקיקים גדולים או שווים ל 700 מיקרומטר עצמאי של לחץ האוויר.
עבור חלקיקים בקוטר פחות מ -400 מיקרומטר פקידת ההתקשרות נשארה כמעט קבועה עם ערך של e = 0.9 בתנאי ואקום. בלחץ אטמוספרי פקידת ההתקשרות יורדת עם ירידת קוטר חלקיקים. סיבה לכך יכולה להיות כי האוויר מול החלקיק נדחס במהלך הנפילה החופשית ש"שתוצאות ich בעין של כרית כי damps ההתנגשות, סופג אנרגיה קינטית ובשל שמוביל COR נמוך. בשני מקרי הסטיות גבוהות יותר מאשר עבור חלקיקים גסים יותר. הסבר לכך עשוי להיות כי החלקיקים הקטנים רק היה בגודל של כמה פיקסלים הווידאו. לכן השגיאה בשל הבחירה של פיקסלים בתמונה מטושטשת היא אינטנסיבית.
התוצאות עבור מהירות ההשפעה תלוי בגודל החלקיקים ללחץ האטמוספרי ואקום מוצגות באיור 7. עבור מהירות השפעת הערכים הממוצעים, המקסימום ואת המינימום מוצג. הערך הממוצע של מהירות ההשפעה מוערך כ נ i = 2 msec -1 עבור חלקיקים יותר מ -700 מיקרומטר עצמאיים של לחץ האוויר. חריג לכך מופיע במשך קוטר חלקיקים של 700 מיקרומטר שבו מהירות ההשפעה היא נמוכה מאוד בתנאי ואקוםאפילו מעט יותר בלחץ אטמוספרי. עבור קוטר חלקיקים יורד מהירות השפעה יורדת בלחץ אטמוספרי הייתה צפויה. בניגוד לכך, את מהירות ההשפעה צריכה להישאר אותו הדבר בתנאי ואקום. לאחר מבט מקרוב על שיטת הערכה ניתן לראות כי עבור חלקיקים בקוטר של 700 מיקרומטר כיול עבור ההמרה בין פיקסלים ומרחקים שונה לזו של חלקיקים גסים יותר. יחס פיקסלים לכל מילימטר גבוה משמעותית שתוצאתה מהירויות נמוכות. סיבה לכיול השווא ייתכן כי המצלמה אינה מסוגלת לזהות את הצורה נכונה של החלקיקים העדינים. באמצעות הכיול הסטנדרטי זהה עבור גס חלקיקים מירויות ההשפעה עדיין בערך באותו הטווח ואת החריגים ניתן למנוע.
עבור אבקות בקוטר נח 400 מיקרומטר הירידות המהירות השפעהמשמעותי עם קוטר חלקיקי ירידה בלחץ אטמוספרי. שיווי המשקל של כוח חיכוך באוויר וכוח הכביד, וגם מהירות השיקוע, הוא הגיע מוקדם יותר עבור חלקיקים עדינים. בניגוד לכך, את מהירות ההשפעה בתנאי ואקום היא כמעט קבועה גם עבור האבקות. זה מוכיח את התיאוריה של חלקיק מאיץ לאין שיעור, כאשר אין אוויר שיכול לגרום כוח גרר ובגלל זה שיווי משקל של כוחות הוא מעולם לא הגיע. הוא גם מראה את הצורך בתנאי ואקום ולכן גם במנגנון השחרור החדש שפותח כדי להגיע למהירויות מרשימות עם חלקיקים זעירים. בניסויים אלה רק ירידה קלה של מהירות ההשפעה ניכרת שיכולה להיות מוסבר על ידי העובדה שרק ואקום של 0.1 mbar הושג אשר אינה ריקנות מושלמת. את הרבה סטיות גבוהות עבור חלקיקים בקוטר החציוני של 0.113 מ"מ להתרחש כהשפעה של השגיאה בשל הבחירה של הפיקסלים blתמונת urred גבוהה עבור מהירויות נמוכות.
איור 1. בית לאור בתא ואקום. נתון זה מראה את בתא ואקום מהצד. אפשר לראות את החלק התחתון עם שני פתחים שלה עבור חיבור עם משאבת ואקום ואת מד ואקום. יתר על כן, את המכסה העליון עם ארבעה פתחים עם טבעות חותמות פקקי הברגה גלוי. טבעת החותם היא בין החלק התחתון ואת החלק העליון. השרוול הוסר בתמונה הזאת. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 2. מנגנון שחרור עם תא חלקיקי קצה פיפטה. נתון זה מתאר את ד החדשמנגנון שחרור eveloped לניסויי ואקום. ראשית, את הצלחת מחזיקה התא הגלילי עם חור קידוח חרוטים ניתן לראות. בנוסף, שני המקלות, בגין התאמת גובה משתנה ראשוני והקשר אל קצה החרוטים של פיפטה מוצגים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 3. ללא סיבוב שחרור. נתון זה מראה סדרה של תמונות של חלקיק aspherical מ 50 (1) ו -25 מסגרות (2) לפני השפעת וכן את ההשפעה (3) ו 25 (4) ו -50 (5) מסגרות לאחר הפגיעה. הצורה הזהה של החלקיק עד ההשפעה חושפת את השחרור הלא הסיבוב. אנא CLICK כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 4. כיול של התוכנה. נתון זה מראה חלקיק מסרטון של ניסוי נפילה חופשית מוקלט. הקו האדום מייצג את גודל החלקיקים ויאמץ את מספר הפיקסלים הדרושים לחישוב מקדם המרה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 5. נקודת התייחסות של תנועה. נתון זה מציג חלקיק בסרטון של ניסוי נפילה חופשית מוקלט. שני הצלבים האדומים להמחיש שתי נקודות ההתייחסות של תנועה על גבי הכדור בתוך מסגרת בהתאמה: את על העליונהדואר בעשר מסגרות לפני השפעת ואת אחד הנמוך לעבר מסגרת אחד לפני ההשפעה. המרחק בין שתי הנקודות משמש כדי לחשב את מהירות ההשפעה של החלקיק. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
השפעת איור 6. בגודל החלקיקים ואת לחץ האוויר על COR. נתון זה מראה את הערכים הממוצעים וכן מקסימלית ערכי מינימום עם הסורגים שגיאה עבור COR בהתאם לגודל החלקיקים. היהלומים הכחולים מייצגים תוצאות ניסויים בלחץ אטמוספרי ואילו החוגים הכתומים להראות תוצאות ניסויים בתנאי ואקום. חלקיקי זכוכית בוטלו על baseplate נירוסטת מגובה ראשוני של 200 מ"מ. כל נקודת נתונים מייצגת את הערך הממוצע של עשרה repetitions של הניסוי. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
השפעת איור 7. של גודל החלקיקים ואת לחץ האוויר על מהירות ההשפעה. נתון זה מראה את הערכים הממוצעים עבור מהירות ההשפעה תלוי בגודל החלקיקים. יתר על כן ערכי מינימום והמקסימום המתוארים על ידי מוטות השגיאה מוצגים. היהלומים הכחולים המלאה להפגין תוצאות ניסויים בלחץ אטמוספרי ואילו החוגים הכתומים מולאו להציג תוצאות ניסויים בתנאי ואקום. היהלום הריק ואת המעגל הריק להמחיש חריגים בגלל בעיות כיול. בניסויי חלקיקי זכוכית בוטלו על baseplate נירוסטת מגובה ראשוני של 200 מ"מ. כל נקודת נתונים מייצגת את הערך הממוצעשל עשר חזרות של הניסוי. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 8. הגדרת הניסוי בעתיד. נתון זה מתאר את הגדרת ניסוי בעתיד כדי למזער את חוסר היציבות של חדר החלקיקים במהלך המהדורה. ההתקנה האוטומטית עם המקל בהדרכת תותבים, כמו גם החוט עבור החיבור של המקל אל המנוע באמצעות שתי גלגלות מוצגת. גם מוצגת המסגרת. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| High-speed camera Olympus i-SPEED 3 | Olympus | High-speed camera to capture the particle impact | |
| Screen Olympus i-SPEED CDU | Olympus | Screen to work with the high-speed camera | |
| Light source Olympus ILP-2 | Olympus | Light source necessary for taking videos at high frame rates | |
| Vacuum pump Alcatel Pascale 2005 D | Alcatel | Vacuum pump to generate the vacuum during the experiments | |
| Vacuum gauge Alcatel CFA 212 | Alcatel | Vacuum gauge to measure the vacuum level | |
| i-SPEED Software Suite (Control version) | Olympus | Software to evaluate the videos | |
| Glass beads | 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 (see supplier's website for more information about the glass properties) |
|
| Safety goggles |
References
- Ennis, B. J., Green, J., Davies, R.
- Nedderman, R. M. Statics and Kinematics of Granular Materials. , Cambridge University Press. Cambridge. (1992).
- Seifried, R., Schiehlen, W., Eberhard, P. Numerical and experimental evaluation of the coefficient of restitution for repeated impacts. Int. J. Impact Eng. 32, 508-524 (2005).
- Thornton, C., Ning, Z. A theoretical model for the stick/bounce behaviour of adhesive, elastic-plastic spheres. Powder Technol. 99, 154-162 (1998).
- Antonyuk, S., et al. Energy absorption during compression and impact of dry elastic-plastic spherical granules. Granul. Matter. 12, 15-47 (2010).
- Güttler, C., Heißelmann, D., Blum, J., Krijt, S. Normal Collisions of Spheres: A Literature Survey on Available Experiments. arXIV. , (2012).
- Bharadwaj, R., Smith, C., Hancock, B. C. The coefficient of restitution of some pharmaceutical tablets/compacts. Int. J. Pharm. 402, 50-56 (2010).
- Fu, J., Adams, M. J., Reynolds, G. K., Salman, A. D., Hounslowa, M. J. Impact deformation and rebound of wet granules. Powder Technol. 140, 248-257 (2004).
- Sommerfeld, M., Huber, N. Experimental analysis and modelling of particle-wall collisions. Int. J. Multiphas. Flow. 25, 1457-1489 (1999).
- Foerster, S. F., Louge, M. Y., Chang, H., Allia, K. Measurements of the collision properties of small spheres. Phys. Fluids. 6 (3), 1108-1115 (1994).
- Lorenz, A., Tuozzolo, C., Louge, M. Y. Measurements of Impact Properties of Small, Nearly Spherical Particles. Exp. Mech. 37 (3), 292-298 (1997).
- Fu, J., Adams, M. J., Reynolds, G. K., Salman, A. D., Hounslowa, M. J. Impact deformation and rebound of wet granules. Powder Technol. 140, 248-257 (2004).
- Wong, C. X., Daniel, M. C., Rongong, J. A. Energy dissipation prediction of particle dampers. J. Sound Vib. 319, 91-118 (2009).
- Louge, M. Y., Tuozzolo, C., Lorenz, A. On binary impacts of small liquid-filled shells. Phys. Fluids. 9, 3670-3677 (1997).
