비 뉴턴 유체의 낙하 충격 역학을 연구하기 위해 빠른 이미징 기술

다음 실험의 전반적인 목표는 빠른 이미징 기술을 사용하여 액체 금속의 비뉴턴 방울과 조밀한 과립 현탁액의 충격 역학을 연구하는 것입니다. 이는 물방울이 표면에 닿을 때 순간적인 역학을 시각화하기 위해 빠른 카메라 시설을 설정함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계로, 액체 금속에 대한 일련의 충격 실험을 수행하여 산화로 인한 표면 탄성이 확산 반경에 미치는 영향에 대한 정보를 제공합니다.

다음으로, 조밀한 현탁액으로 충격 실험을 수행하여 스플래싱 시작 및 확산 역학을 조사합니다. 유효 표면 장력, 점도, 충격 속도 및 부유 입자 직경과 같은 다양한 유체 매개변수가 함께 비뉴턴 액적의 충격 역학을 제어한다는 것을 보여주는 결과를 얻을 수 있습니다. 이 방법은 조밀한 현탁액 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있으며, 예를 들어 시스템의 거동을 전체 특성으로 설명할 수 있는 경우 또는 개별 입자를 고려해야 하는 경우에 대한 답을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다.

그러나 이 측정은 복잡한 유체의 충격 역학에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 또한 파단 상태의 형성, 방울 액체 방울의 고체 핀치 오프 및 과립 시스템의 빠른 입자 이동과 같은 빠른 역학을 포함하는 다른 프로세스의 관찰에도 적용할 수 있습니다. 이미징 설정을 준비하는 것으로 시작합니다. 한 가지 구성 요소는 주사기 펌프 마운트를 지지할 수 있는 수직 트랙이며, 주사기 펌프는 테스트 유체 자유 낙하 높이를 변경하기 위해 다른 높이로 이동할 수 있습니다.

트랙 옆에는 수평 임팩트 플레인 역할을 하는 깨끗한 유리판을 지지하는 프레임이 있습니다. 접시의 표면이 수평으로 수평이 되어 있는지 확인하십시오. 유리 표면 아래에 기울어진 반사 거울을 배치하여 아래에서 낙하 충격을 시각화합니다.

다음으로, 유리판 위에 불투명한 흰 종이를 부착하여 빛을 반사하고 바닥에서 액체 금속 충격을 이미지화하는 데 도움이 됩니다. 측면 보기 이미징을 돕기 위해 보기 방향 반대편에 투명 종이 디퓨저를 놓습니다. 그런 다음 디퓨저 뒤의 영역에 광원을 배치합니다.

광원을 켜서 충격 영역을 균일하게 비춥니다. 이제 삼각대에 적절한 렌즈를 장착하여 표면을 이미지화할 수 있도록 카메라의 수평을 맞춥니다. 제어 및 표시에 사용되는 컴퓨터에 카메라를 연결합니다.

밀봉된 용기에 보관된 갈륨 인듐 유틱으로 시료 준비를 시작합니다.실온에서 피펫을 사용하여 용기에서 3밀리리터를 추출합니다. 아크릴 판을 구하고 그 위에 갈륨 인듐 UTA를 압출합니다. 샘플이 공기 중에서 완전히 산화될 때까지 30분 동안 기다립니다.

산화된 피부의 얇은 층이 샘플 표면을 완전히 덮습니다. 염산 작업에 대한 적절한 예방 조치를 취하고 TER 용기에 200 밀리리터 산성 수조를 준비하십시오. 수조의 농도는 실험 매개 변수입니다.

샘플을 산성 수조에 넣고 샘플을 수조에 넣습니다. TER을 사용하여 10분 동안 초당 60회전으로 전단합니다. 산 사전 세척이 완료되면 ReMeter에서 수조를 제거합니다.

1-2mm 강철 노즐 팁이 있는 플라스틱 2밀리리터 주사기를 사용하여 수조에서 1.5밀리리터의 갈륨 인듐 액틱을 추출한 샘플을 회수합니다. 이제 샘플을 사용하고 실험할 준비가 되었습니다. 주사기 펌프에 주사기를 장착하여 조밀한 현탁액을 위한 시료 준비를 합니다.

실험은 상업용 주사기를 절단하여 주사기를 채우기 위해 현탁액을 분배하기 위한 원통형 튜브로 사용하기 위해 끝을 잘라내는 것으로 시작합니다. 먼저 물통을 구하십시오. 주사기 끝을 물에 넣고 피스톤을 뒤로 당겨 채우고 기포가 없는지 확인합니다.

다음으로, 끝이 위로 향하게 하여 주사기를 잡습니다. 구형 이산화 지르코늄 또는 유리 구슬을 주사기가 가득 찰 때까지 주사기에 넣어 물이 쏟아질 수 있도록 합니다. 면도날을 사용하여 위쪽에서 여분의 뭉친 입자를 제거하여 끝을 평평하게 유지하십시오.

주사기를 뒤집어 펌프 표면에 장착합니다. 장력은 입자가 떨어지는 것을 방지합니다. 비디오를 녹화하기 전에 이미징 및 조명 시스템을 조정하고 공간 해상도를 보정하기 위한 조치를 취하십시오.

먼저 주사기 펌프를 시작하여 시간당 20ml의 속도로 유체를 밀어냅니다. 여기에서 유체가 조밀한 현탁액이 주사기에서 분리되어 떨어지면서 유리 표면에 테스트 충격을 가할 때까지 기다립니다. 충격이 발생하면 주사기 펌프를 끕니다.

그런 다음 스플랫이 모니터에 표시될 때까지 카메라 위치와 방향을 조정합니다. 다음으로, 이미지의 재현 비율을 1:1로 설정하고 작동 거리를 수정하여 카메라가 프레임으로 설정된 초점면에 있도록 합니다. 6 이상, 초당 000 프레임은 조리개 크기, 노출, 시간 및 조명 각도를 변경하여 최상의 품질의 이미지를 얻습니다.

카메라 설정을 찾으면 모니터의 시야에 눈금자를 놓습니다. 눈금자를 사용하여 1cm에 맞는 픽셀 수를 세어 공간 해상도를 계산합니다. 수평 방향과 수직 방향 사이에 해상도에 차이가 없는지 확인하십시오.

이미징 시스템을 보정한 후 주사기 펌프를 시간당 20ml로 다시 시작합니다. 동시에 데이터를 기록하기 전에 충격 과정을 모니터링하기 위해 카메라 제어 소프트웨어를 준비하십시오. 방울이 노즐에서 분리되는 순간 카메라의 수동 트리거를 허용하기 위해 방울이 형성되기 시작할 때 주의 깊게 관찰하는 연습을 하십시오.

데이터를 기록한 후 충격이 포함된 부분으로 비디오를 편집하고 분석을 위해 이미지 시퀀스로 저장합니다. 빠른 이미징 기술은 다양한 산화물에 대한 갈륨 인듐 액틱의 영향을 연구하는 데 사용되었습니다. 산에 의해 결정되는 피부 강도.

여기에 표시된 사전 세척은 세 가지 다른 제제가 유리 표면에 충격을 가할 때 퍼지는 것을 보여주는 프레임입니다. 각 방울은 동일한 노즐 높이에서 떨어졌으며 초당 약 1미터의 속도로 떨어졌습니다. 초기 낙하 직경은 6.25mm였으며 사전 세척이 없었습니다.

산화물 피부는 액체가 표면 에너지를 이완하는 것을 방지하여 떨어지는 단계에서 구형 모양이 아닌 모양이 되고 샘플과 산을 세척하면 산화물이 감소하고 피부 효과가 약해집니다. 충분히 강한 산 농도에서. 갈륨, 인듐 및 일반 유체 사이에는 차이가 관찰되지 않습니다.

이 데이터를 통해 모세관 영역에서 점성 영역으로의 전환을 입증할 수 있습니다. 초기 반지름에서 최종 반지름 pm을 1/5 거듭제곱에 대한 레이놀즈 수로 나눈 비율을 유효 웨버 수와 레이놀즈 수, 4/5 파워 스플래시 시작의 비율에 대해 표시할 때 데이터는 단일 곡선으로 축소되며, 조밀한 현탁액에서 점성 소실이 관성 효과에 비해 무시할 수 있는 영역에서 연구되었습니다. 이것은 서로 다른 입자 밀도와 생성물이 수평축을 따라 있는 라디오에 대한 스플래싱 위상 다이어그램입니다.

세로축은 원고에 정의된 입자 Weber 번호입니다. 빨간색 원은 항상 물보라가 발견되었음을 나타냅니다. 삽입은 일반적인 스플래시 이미지를 보여줍니다.

파란색 점은 스플래시가 발견되지 않았음을 나타냅니다. 두 번째 삽입은 스플래시 이미지가 아닌 이미지의 예입니다. 스플래시와 스플래시가 모두 발견되지 않은 경우는 녹색 사각형으로 표시됩니다.

실험은 각 포인트에 대해 10회 반복되었습니다. 결과는 약 14 플러스 또는 마이너스 2의 임계 Weber 수와 일치합니다. 이 절차를 시도하는 동안 샘플 제조를 연습하고 패킹 분율을 자주 측정하여 샘플을 일관되게 만들 수 있다는 확신을 갖는 것이 중요합니다.

이렇게 하면 개발 후 실험 결과를 재현할 수 있습니다. 이 기술은 복잡한 유체 분야의 연구자들이 다양한 액체 시스템의 충격 역학을 탐구할 수 있는 길을 열었습니다.