Name: 이동 표면에 고속 액체 제트 매복의 시각화 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-04-17T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 34 s
Description: 배우세요 고속 이동 표면에 액체 제트 충돌을 분석하는 방법을 회전 원판과 공기 대포 장치를 사용하여. 이 기술은 철도 마찰 제어 최적화에 활용됩니다.

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자연 과학 및 캐나다 (NSERC) 및 LB 포스터 철도 기술, (주)의 공학 연구위원회는 공동으로 NSERC 공동 연구 및 개발 그랜트 프로그램을 통해이 연구를 지원했다.

1. 회전하는 디스크 장치 <ol><li> (예를 들면, 주변 온도, 유체 성질 및 표면 분사 속도 등) 표에 원하는 시험 조건 및 시험 기록 상태를 식별한다. </li><li> 재료의 준비 <ol><li> 충돌 테스트를위한 글리세린 물 또는 PEO-글리세린 물 솔루션을 준비합니다. <ol><li> PEO-글리세린 물 시험의 경우에는, 서서히 24 시간에 걸쳐 완만 한 자기 교반하에 증류 물 1495.5 g에 PEO 분말 (백만 넷 만 점도 평균 분자량) 4.5 g을 용해. 지나치게 기계적인 저하를 방지하기 위해 PEO 샘플을 교반하지 마십시오. </li><li> 점차적 PEO 0.15 %의 농도 50 %의 글리세린 농도의 수용액에 도달하도록 24 시간에 걸쳐 수성 액에 PEO USP 등급 글리세린 1.5 kg을 추가한다. </li></ol></li><li> 전 미니에 각 테스트 후 RT에서 밀폐 용기에 별도로 테스트 액체를 저장숙지시키고 증발, 대기 오염에서 물을 흡수. 특성화 및 준비의 5 일 이내에 액체를 스프레이. </li></ol></li><li> 실험의 성능 <ol><li> 확인 스피닝 디스크 에어 베어링의 공기 공급 용 밸브가 개방되고, 압력 게이지 판독 올바른 동작 범위 (60 ~ 80 psig의)이다. 디스크 및 베어링에 문제를 확인하기 위해 5 회전을 디스크의 움직임을 방해하고 양쪽 방향으로 손으로 디스크를 회전 할 수 지우기 아무것도. </li><li> 깨끗하고 안전하게 압축 된 가스는 시험 유체 가압에 대한 누적를 마감했다. 1 갤런의 어큐뮬레이터 유체 포트에 시험액 3kg을 붓는다. </li><li> 압력 조절기를 통해 질소 탱크에 어큐뮬레이터의 가스 포트를 연결한다. 제트 스프레이 노즐에 축적의 유체 포트를 연결합니다. </li></ol></li><li> 설정 제어 시스템과 고속 이미징 시스템. <ol><li> 회전 디스크 제어 소프트웨어와 VFD 제어 소프트웨어를 시작한다.두 위치 고속 시네 35cm 떨어진 지점에서 충돌 카메라 및 두 개의 각도에서 충돌 지점을 포착 고배율 렌즈를 조정한다. </li><li> 최고 품질의 이미지 (그림 1)에 대한 조명이 균일하게 배경을 달성하기 위해 150 W 광섬유 광원을 조정합니다. 이 때의 제어 시스템에 전원 카메라 조정을 용이하게한다. </li><li> 예상대로 시스템이 작동하는지 확인하기 위해 제어 소프트웨어에 &#39;자기 확인&#39;버튼을 클릭하여 자기 검사 루틴을 수행합니다. </li></ol></li><li> 제트 충돌 테스트를 수행 <ol><li> VFD 제어 소프트웨어 (500-3,000 RPM)를 원하는 값으로 디스크 속도를 설정한다. </li><li> 테스트를 수행하기 위해, &#39;테스트 시퀀스&#39;버튼을 클릭하여 제어 소프트웨어에서 자동 실험 순서를 시작. 소프트웨어는 자동으로 최적의 파라미터를 결정하고 그에 따라 시험을 수행하는 시스템의 각 구성 요소를 지휘한다. </li><li> (예를 들어, 그림 2의 스크린 샷 참조) 그 결과 충돌 테스트 동영상을 저장합니다. 읽기 및 기록 속도면, 제어 소프트웨어에서의 압력과 온도를 다시 노즐. 주 : 각 시험 후 디스크 클리닝 시퀀스 헹구고 디스크 표면을 건조 자동으로 실행. 모든 시험 유체 잔류 물이 제거 될 때까지 클리닝 사이클이 필요에 따라 반복한다. 주의 : 물과 글리세린 솔루션 테스트의 유체 세정 순서로 청소 될 수 있지만, 다른 LFMs는 아세톤과 같은 유기 용매로 청소해야합니다. 이러한 경우에는, 디스크를 직접 분사하기보다는 천 세정 재료를 적용한다. </li></ol></li><li> 데이터 분석 <ol><li> 각 시험 조건 (예를 들면, 유체 성질, 주위 온도, 표면 조도 등)에 대한 정보를 포함하는 스프레드 시트를 준비한다. </li><li> , 시네보기 소프트웨어와 함께 기록 된 제트 충돌 이미지를 열고 정상에서 전체 비디오 녹화를 재생속도와 제트 충돌 행동을 관찰합니다. </li><li> 기록 충돌 행동 특성, 실험 장치와 합병증을 나타낼 수 비정상적인 추세를 기록, 준비된 스프레드 시트 (시작 / 스패 터링 / 증착은 그림 3 참조). </li><li> 스프레드 시트의 테스트 결과와 조건을 저장합니다. 기록 주목할만한 연구 결과 및 테스트 로그 (예를 들어, 시작 / 증착 임계 점, 시작 / 증착 전환 등)에 특이한 사건. 필요한 경우 스크린 샷을 저장합니다. </li><li> 이미지 분석 측정 및 기록 데이터를 실시한다. <ol><li> 화면의 픽셀 측정 도구를 시작합니다. 열기 충돌 화상 및 화면상의 화소 측정 도구 (도 4)과 이미지의 마이크로 눈금자를 측정하여 화상 크기를 조정. </li><li> 픽셀 측정 t와 (그림 5 참조 예를 들어, 라멜라 확산 폭, W, 그리고 얇은 판 정체 점 반경, R)가 관심의 측정 치수제트 준비된 스프레드 시트의 비디오 및 기록 데이터에서 가장 안정적인 것으로 나타납니다 시점에서 OOL. 이어서 제트 라멜라 모두 안정적임을 확인 프레임 (100)의 측정 후에 측정 첫 번째 그룹의 다른기를 가지고. 그래프 플롯 데이터 포인트와 곡선 피팅 완료. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. 공기 대포 장치 <ol><li> 원하는 시험 조건을 확인하고 단계 1.1에서와 같이 자료를 준비하고 1.2 단계. </li><li> 실험의 성능 <ol><li> 시스템 제어 소프트웨어의 전원을 켜. </li><li> 대포 배럴로 발사체를 삽입합니다. 제대로 테스트 (그림 6) 후 발사체를 캡처 배럴 출구 부근에 정지 메커니즘을 이동합니다. </li><li> 공기 탱크로 이어지는 가압 건물 에어 라인을 엽니 다. 원하는 발사체 속도에 따라 30 PSI 70 PSI 사이에 탱크에 압력을. 30 psi의 탱크 압력은 약 5의 추진체 속도를 준다m은 / 초, 70 PSI는 약 25m / sec의 속도를 제공합니다. </li><li> 시험 유체 가압 용 압축 가스 폐쇄 누적를 준비합니다. <ol><li> 축적의 유체 포트에 시험 액체의 3kg을 붓고. 액체 제트 스프레이 노즐에 축적 가스 밸브에서 튜브를 연결하고 최대 300 psig의에 누적 압력을 설정합니다. </li></ol></li><li> 가위 잭에 카메라를 연결합니다. 제트 스프레이 노즐 옆에 위치 플랫폼에 가위 잭을 고정합니다. </li><li> 카메라로부터 가로 질러 확산 시트 뒤에 위치 플랫폼 고휘도 광원을 고정. 소프트웨어 제어 인터페이스의 비디오 카메라보기 기능을 이용하여 조명과 카메라의 위치를 확인하고, 필요에 따라 (도 7)으로 위치 조정한다. </li><li> 공기 대포 소리 폭발로부터 보호하기 위해 귀마개를 착용 할 것. </li><li> 신호를 여러 번 대포 제어판을 해제하고, 상기 제어 패널에 경고 버튼을 누르실험의 시작. </li><li> 공기 대포 배럴 공기 탱크를 연결하는 솔레노이드 밸브를 개방 제어 패널 버튼을 누르십시오. </li><li> 발사 장치 및 발사체 캡처하면 유체 및 잔류 시험 유체를 제거하는 세정 스펀지로 문질러 청소 장치. 마지막으로, 발사체의 충돌 표면을 건조. </li></ol></li><li> 고정 (10cm)의 거리를 이동하는 발사체에 필요한 시간을 측정하여 기록 된 고속 비디오의 발사체의 속도를 측정한다. 단계 1.5에서와 같이 데이터를 분석 할 수 있습니다. </li></ol>

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공기 대포 설정에 사용되는 발사체는 경량 목조 자료로 구성되어있다. 다수의 시험 후 약간 나무 재료 칩 수는 있지만, 조리개기구에 영향을 미치는 경향이 깨지는 플라스틱 또는 금속과 같은 물질로 구성 발사체보다 효과적으로 운동 에너지를 흡수하는 것으로 밝혀졌다. 나무 발사체의 치수는 이에 따라 공기 누출을 제한 밀접 스틸 배럴 내부와 일치하도록 설계된다. 합판의 두 층 사이에 고정 1/8 &quot;두께의 고무 시트는 상기 배럴의 내측 주위에 밀봉을 강화하는 발사체의 후면에 부착된다. 액체 분사 간섭을 최소화하는 하나의 검사 세 표면에 충돌 할 수 있도록 발사체의 상단에 탑재 금속 충돌 표면 거칠기가 상이한 높이의 세 개의 금속 플레이트로 고정되어, 2.5 cm 떨어진 위치. 사물의 앞면은 일에 바브 공기 역학의 코에 형성된다내부 래치기구와 무거운 알루미늄 바디를 갖는 스톱기구, 그래서 코 E 하단은 충격시 발사체에 단단히 연결한다. 오히려 장소에 고정되는 것보다, 정지기구는 발사체 잡기에 약 60cm로 뒤로 슬라이드. 이 기능...

이 연구는 전사 효율 및 균일 한 증착 높은 수준의 결과를 달성하면서 표면 상에 움직이는 액체 분사 형태 LFM (액체 마찰 개질제)을인가하기위한 전략을 결정하는 것이다. 이 목표를 달성하기 위해서는 표면을 이동하는 액체 제트 충돌에 영향을 미치는 요인에 대한 포괄적 인 이해를 개발하는 것을 포함한다. 프로젝트는 철도 분야에 사용되는 윤활 적용 기술의 효율성을 개선 할 필요성에 의해 동기된다. 연료 소비와 유지비 기관차, 마찰 개질제의 박막을 감소시키는 수단으로서 현재 종래의 철도 레일의 상부 표면에 적용되고있다. 최근 연구 레일의 상단 용 수계 LFM의 한 유형을인가 (TOR) 마찰 제어 1,2- 50 % 초과 6 %에 의한 마모 및 레일 및 휠 플랜지에 의해 에너지 소비량을 줄일 것을 보여 주었다. 다른 연구 레일 트랙에 적용 LFM 줄일 것을 보여 주었다의 측면 힘과 소음뿐만 아니라, 같은 더 중요한 것은, 트랙 주름과 탈선 3,4의 주요 원인입니다 구름 접촉 피로, 손상. 이러한 결과는 더 도쿄 지하철 5 필드 테스트에서 확인되었다. LFMs 현재 캐나다와 미국 전역의 기관차의 수십에 부착 된 공기 폭발 분무기로부터 분배된다. 응용 프로그램이 형식에서, LFM은 철도 차량을 이동 아래에 장착 분무기에 의해 철도 트랙의 상단에 적용됩니다. 필요한 대용량 및 고압 공기 공급 레벨이 달성되지 않을 수 있기 LFM 응용 모드는 다수의 철도 기관차에 구현하기가 어렵다. 에어 블라스트 스프레이 노즐도 측풍에서 동작 할 때 측풍 원래 궤적 일탈 미세한 액적 분무를 초래하기 때문에, 매우 불규칙한 레일 범위를 생성하도록 추정된다. 동일한 용 측풍 또한 노즐 오염에 관여하는 것으로 알려져 있으며, 가능성이유. 공기 폭발 분무기와 관련된 문제로 인해, 철도 부문은 현재 궤도 상에 LFM 응용 프로그램에 다른 방법을 찾고있다. 한 가지 가능한 솔루션은 액체 제트는 그들의 낮은 드래그 - 투 - 관성 비에 효과를 측풍에 덜 민감한만큼, 연속 (- 분무되지 않음) 액체 제트에 의해 LFM 분배 포함한다. 또한, 분무 노즐에 필요한 높은 공기 압력 및 볼륨 레벨은 액체 분사 스프레이 기술이 필요하지 않기 때문에, LFM 애플리케이션의 속도를 통해 효과적인 제어를 유지 더 효율적이고 강력한 분사기구로서 후자 법. 유사한 물리 방울의 충돌 면적이 예의 검토되어왔다. 그것은 이동 건조 매끄러운 표면에 물방울의 충돌에 대해, 행동 튀는하는 점도, 밀도, 표면 장력과 충돌 속도 (14, 15)의 일반 성분을 포함하는 많은 매개 변수에 종속되어 있음을 여러 연구자들에 의해 발견되었다. 새 <em은&gt; 등. 모두 정상 및 접선 속도가 매우 중요 (16)이라고 설명했다. 범위 외. 그리고 사기꾼이 외. 고정 건식 표면에 액적 충돌에 대해, 표면 거칠기가 현저하게 시작 임계 값을 감소 함을 보여 주었다 (17, 18) (즉, 그것은 액체 방울 경향 스플래시 만든다). 실용적인 중요성에도 불구하고, 이동 표면에 제트 충돌은 학계에서 거의 주목을 받고있다. 애기 웹스터 ​​리스터와 이동면에 정상 및 비정상 점성 제트 충돌을 검사하는 실험의 광범위한 일련 행하고, 저자 정상류 케이스 (6)에 대한 모델을 개발 하였다. Hlod 등은. 실험 결과 7 추가적인 통합 상태에서 알 수없는 길이의 도메인에 3 차 ODE에 의한 흐름과 비교하여 예측 된 구성 모델. 그러나, 레이놀즈 수를 조사이러한 연구 모두에서 일반 철도 LFM 응용 프로그램과 관련된보다 훨씬 낮다. Gradeck는 외. 수치 적 및 실험적으로 각종 분사 속도, 표면 속도 및 노즐의 직경 8 조건 하에서 기판 상으로 이동하는 워터 제트 충돌의 유동장을 조사 하였다. 후지모토 등. 물 (9)의 얇은 막으로 덮여 이동 기판 상에 충돌하는 순환 수류의 부가 조사 유동 특성. 그러나, 이들 두 프로젝트는 비교적 큰 직경 노즐 및 하부 표면 및 본 연구에 사용 된 것과 비교하여 분사 속도를 사용 하였다. 이전 실험의 수치, 연구 및 분석 데이터의 큰 몸체를 제공하지만 또한, 대부분은 열전달 파라미터보다는 제트 튀는 동작으로 액체 흐름 공정에 초점을 맞추고있다. 본 연구 실험에 제공된 방법에 의해 재 따라서 액체 분사 응용 기술에 기여작은 제트 노즐 직경과 고속 분사 속도 및 표면을 포함한 조건 하에서 그러한 기술을 미립화. 본 발명의 방법은 접촉 라인을 이동과 관련된 기본적인 유체 역학 문제에 대한 지식을 정제한다. 상기 언급 된 연구는 일반적으로 저속 이동하는 표면과 저속 제트의 상호 작용을 포함 하였다. 고속 이동 표면에 층류 고속 제트 충돌 비교적 몇몇 연구가 있었다. 고속 액체 분사 박힘 중에 분사 액 얇은 라멜라를 형성하고, 충돌 위치의 근방에 방사상으로 퍼진다. 이 라멜라이어서 점성 특성이 U 자형 라멜라를 생성 이동면에 의해 부과 강제로 대류 하류된다. 케샤는 외. 고속 표면에 충돌 뉴턴과 탄성 액체 제트를 사용하는 실험에 신고되었습니다. 그들은 두 가지 유형으로 충돌 프로세스를 분류 &quot;증착 및# 8221; 10 &quot;시작&quot;. 충돌이 증착으로 분류되기 위해서는 스플래시 액 적이 연속적으로 끊기는 표면으로부터 분리하고, 액체 라멜라 특징으로하는 반면, 제트, 액체는 표면에 부착한다. 세 번째 충돌 정권은 또한 기술되었다 - &quot;튄&quot;. 이러한 비교적 드문, 정권 라멜라는 &quot;증착&quot;에 관해서는, 표면에 부착 된 상태로 유지되지만 미세 방울 라멜라의 선단 부근에서 분사된다. 비 뉴턴 유체 효과 후속 연구에서 케샤는 외. 얼룩 / 증착 임계 주로 속도 비율 지표면 제트 충돌 각 제트 속도 일부분 만 효과가있는 반면, 레이놀즈 버러 숫자에 의해 결정된다는 결론을 내렸다 11 . 변수 대기 압력에서 수행 실험에서, Moulson 등은. 발견 된 시작 / 증착 임계 레이놀즈 수 극적으로 그특정 임계 값 (12)이 완전히 얼룩을 억제 아래 주변 공기 압력을 감소시키면서 주변 공기 압력의 감소에 따라 증가는 (즉, 더 높은 압력은 주위 스플래시 제트 경향 확인). 이 발견은 강하게 얇은 판에 작용하는 공기 역학적 힘이 라멜라 리프트 오프 (lift-off) 이후 시작의 원인에 중요한 역할을하는 것이 좋습니다. 고속 기판, 고속 충돌에 대한 최근 연구에서, 스털링 기판 속도와 스플래쉬 임계치에 가까운 분사 조건, 스플래시가 매우 작은 국부 표면 거칠기와 작은 제트 비정상 의해 트리거 될 수 있다는 것을 보여 주었다. 그는 또한 이러한 조건의 얇은 판 리프트 - 오프 (lift-off) 및 재 부착에 따라 확률 과정 13 것을 보여 주었다. 여기에 설명 된 실험 프로토콜은 고속으로 이동하는 표면과 유체의 상호 작용과 관련된 기타 물리적 상황을 연구하는데 사용될 수있다. 예를 들어, 동일한 접근법이 헬리콥터 BLAD를 연구하는데 이용 될 수있다전자 와류 (소용돌이 유체 트레이서 착색 입자로한다)의 표면과 상호 작용 로봇 분사.

<table><tbody><tr><td colspan="4">공기 대포 설치</td></tr><tr><td>장비 30갤런 공기 탱크</td><td>Steel Fab</td><td>A10028</td><td></td></tr><tr><td>솔레노이드 작동 포핏 밸브</td><td>Parker Hannifin Corp.</td><td></td><td></td>#16F24C2164A3F4C80</tr><tr><td>1.5" NPT 고무 호스</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>직사각형 강철 튜브</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>정지 메커니즘</td><td>맞춤형</td><td></td><td></td></tr><tr><td>스테인리스 강판</td><td>맞춤형</td><td></td><td></td></tr><tr><td>목재 발사체</td><td>맞춤형</td><td></td><td></td></tr><tr><td>1kW 고강도 백열등</td><td>사진 분석 회사</td><td></td><td></td>T986851</tr><tr><td>광 확산 시트</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>광학 센서</td><td>BANNER</td><td>SM312LV</td><td></td></tr><tr><td colspan = "4"> 회전 디스크 설정</td></tr><tr><td>모터</td><td>장비 WEG</td><td>TEFC-W22</td><td></td></tr><tr><td>베어링</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>디스크</td><td>사용자 정의</td><td></td><td></td></tr><tr><td>광섬유 광원</td><td>광섬유 기술 통합</td><td>MO150AC</td><td></td></tr><tr><td>고강도 LED 어레이</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"> 두 장치 모두에 대한 공유 장비</td></tr><tr><td>Phantom v611 고속 시네 카메라</td><td>Vision Research Inc.</td><td>V611</td><td></td></tr><tr><td>팬텀 v12 고속 시네 카메라</td><td>Vision Research Inc.</td><td>V12</td><td></td></tr><tr><td>줌 7000 렌즈</td><td>Navitar Inc.</td><td>줌 7000</td><td></td></tr><tr><td>줌 6000 렌즈</td><td>Navitar Inc.</td><td>Zoom 6000</td><td></td></tr><tr><td>압축 질소 탱크</td><td>Praxair Technology, Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>압력 조절기</td><td>Praxair Technology, Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PRS20124351CGA 압축 질소용 호스</td><td>Swagelok Company</td><td>SS-CT8SL8SL8-12</td><td></td></tr><tr><td>액체용 호스</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>솔레노이드 밸브</td><td>솔레노이드 솔루션 Inc.</td><td>2223X-A440-00</td><td></td></tr><tr><td>압력 변환기</td><td>WIKA Instruments Ltd</td><td>#50398083</td><td></td></tr><tr><td>노즐 어셈블리</td><td>맞춤형</td><td></td><td></td></tr><tr><td>글리세린</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>폴리(에틸렌 옥사이드)</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

이동 표면에 고속 액체 제트 매복의 시각화

Visualization of High Speed Liquid Jet Impaction on a Moving Surface

고속 이동 표면에 액체 제트 충돌 검사를위한 두 개의 장치가 기재되어있다 : 공기 캐논 장치 (15) 및 100m 사이의 표면 속도를 검사 및 회전 디스크 장치 ((0 ~ 25m / 초 사이의 표면 속도를 검사하기위한) / 초). 공기 캐논 선형 이송 나무 발사체의 상단에 탑재 레일 금속 표면을 촉진하도록 설계되어 에너지 공압 구동 시스템이다. 솔레노이드 밸브가 장착 된 고압 실린더는 빠르게 대포 배럴 아래로 발사체를 강제 배럴에 압축 공기를 발표한다. 발사체는 금속 상면에 액체 분사를 충돌 분무 노즐, 아래에 이동하고, 발사체는 정지기구 안타. 카메라는 제트 충돌을 기록하고, 압력 변환기는 스프레이 노즐 배압을 기록한다. 회전 디스크 셋업 가변 주파수 드라이브 (VFD)를 통해 모터 (500)에 3000 RPM의 속도에 도달 강철 디스크로 구성된다. 분무 시스템 SI공기 캐논의 것과 유사한 구성이 스피닝 디스크에 충돌하여 액체 제트를 생성하고, 광 여러 액세스 포인트들에 위치 카메라는 제트 충돌을 기록한다. 제트 충돌 과정의 영상 녹화 기록과 충돌의 결과가 스플래시, 튄, 또는 증착인지 여부를 확인하도록한다. 장치는 고속 이동 표면에 저 레이놀즈 수의 액체 제트의 고속 충돌을 수반하는 제이다. 그 철도 산업 애플리케이션 외에 기재된 기술은 기술적 및 제강 산업 목적을 위해 사용될 수 있고, 고속 3D 인쇄와 관련 될 수있다.

<html> 서론 부분에서 설명하고있는 바와 같이, 액체 제트 충돌과 관련된 세 가지 주요 행동은 증착, 튄 및 시작이다. 이러한 제트 충돌 행동은 다양한 광학 지점에 위치하는 고속 시네 카메라에 의해 기록 된 비디오 데이터를 이용하여 관찰된다. 세 개의 액체 분사 결과를 도시 비디오 녹화로부터 취득 정지 화상의 예는 도면에 도시되어있다 3.도 3a는 제트 충돌면쪽으로 완전히 직선 및 일정한 흐름의 흐름이 액체 제트 증착을 도시한다. 제트가 표면에 부착하고 실험의 나머지 표면 상에 남아있다. 제트 중 스플래터의 나머지 부분 (도 3b와, 액체 분사 일부만 충돌 표면에 부착되는 3b 및도 3c 적은 최적의 결과를도 ) 또는 충격에 (그림 3C)를 튀는. 주어진 비디오 데이터의 매우 간단 특성상 jove_content은 &quot;&gt;, 모호...

고속 이동 표면에서 액체 제트 충돌을 검사하기 위한 두 가지 실험 장치인 공기 대포 장치와 회전 디스크 장치에 대해 설명합니다. 이 장치는 레일 상단 마찰 제어를 위해 레일 트랙에 액체 마찰 조절제(LFM)를 적용하기 위한 최적의 접근 방식을 결정하는 데 사용됩니다.

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

다음 실험의 전반적인 목표는 고속으로 이동하는 표면에 자유 표면 액체 제트가 충돌하는 영향을 연구하는 것입니다. 이는 두 가지 서로 다른 장치를 사용하여 수행됩니다. 첫 번째는 최대 속도가 100 meters per second인 회전 원판으로, 노즐이 이 원판 위에 액체 제트를 분사합니다.비디오 카메라를 사용하여 표면에 가해지는 액체 충격을 캡처하여 추후 분석에 활용합니다. 두 번째 장치는 압축 공기로 작동하며 초당 최대 25m의 속도로 발사체를 발사할 수 있는 레일건입니다. 발사체는 얇은 액체 줄기가 강제로 분출되는 오리피스 아래를 통과합니다.카메라를 통해 충격 분석을 위한 영상을 캡처합니다. 다음으로, 영상을 분석하여 제트 표면 충격의 특성을 정의하고 정량화합니다. 분석 결과, 세 가지 서로 다른 유형의 충격 거동이 나타나며, 이러한 거동 간의 전이는 여러 변수에 따라 달라지는 것으로 나타났습니다.이 방법은 자유 표면 유체 역학 분야의 몇 가지 핵심 질문, 특히 이동하는 표면에 충돌할 때 발생하는 자유 표면 누출의 확산 특성과 관련된 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 이동 접촉선(moving contact lines)의 유체 역학을 연구하는 데에도 사용할 수 있습니다. 이 영상은 테스트 유체의 준비가 완료된 후의 회전 원판 장치부터 시작됩니다.이 도식은 시스템의 개요를 제공합니다. 디스크는 가변 주파수 드라이브 전동기에 의해 구동됩니다. 노즐은 테스트 유체의 제트를 디스크 표면에 강제로 분사하도록 배치됩니다.카메라.유체 표면 상호작용 동작을 기록하십시오. 먼저 공기 베어링의 공기 공급 밸브가 열려 있는지 확인하여 장치를 점검하기 시작합니다. 압력계는 60에서 80 PSI 게이지 압력 범위 내에 있어야 합니다.다음으로, 디스크의 움직임을 방해할 수 있는 모든 요소를 제거하고 디스크를 회전시킵니다. 양방향으로 여러 번 회전시켜 문제가 없는지 확인합니다. 테스트 유체 시스템 작업 단계로 이동합니다.시험 유체 가압에 사용되는 압축 가스 축압기를 기울여 고정하십시오. 준비가 되면, 시험 액체 3kg을 준비하거나 액체가 채워진 상태에서 축압기의 유체 포트로 액체를 주입하십시오. 먼저 필요한 연결 작업을 계속 진행하십시오.어큐뮬레이터의 가스 포트를 압력 조절기를 통해 질소 탱크에 연결합니다. 그런 다음 어큐뮬레이터의 유체 포트를 제트 스프레이 노즐에 연결합니다. 이어서 디스크와 드라이브를 위한 제어 소프트웨어를 실행하고, 두 대의 무비 카메라를 확인하여 진행합니다.각 카메라에는 고배율 렌즈가 장착되어 있으며 제트 충돌 지점에서 35 centimeters 떨어진 곳에 배치되어 각각 서로 다른 뷰를 캡처합니다. 배경이 균일하게 조명될 수 있도록 150 watt 광섬유 광원을 배치하면 테스트를 시작할 수 있습니다. 모든 시스템 구성 요소가 준비되면 시작하십시오.가변 주파수 드라이브 컨트롤러를 사용하여 디스크 속도를 원하는 값으로 설정하십시오. 여기서는 제어 소프트웨어에서 약 1000 RPM으로 설정합니다. 테스트 시퀀스 버튼을 클릭하여 자동 테스트를 시작하십시오.테스트 중에 소프트웨어가 최적의 파라미터를 결정합니다. 표면 속도, 노즐 배압 및 온도를 모니터링하며, 테스트가 완료되면 카메라를 작동시킵니다. 비디오와 기타 데이터를 저장하며, 공기포(air cannon)를 사용하여 다른 데이터 실험을 수행할 수도 있습니다.에어 캐논은 공기 탱크에 의해 가압되는 강철 배럴로 구성됩니다. 발사체는 나무로 제작되었으며, 상단 표면은 액체 제트가 충돌하게 될 금속으로 이루어져 있습니다. 배럴 상단의 노즐은 유체 제트를 공급합니다.이제 준비된 시험액 3 kg을 어큐뮬레이터의 유체 포트에 붓습니다. 완료되면 어큐뮬레이터의 유체 포트를 제트 스프레이 노즐에 연결하고, 어큐뮬레이터 가스 포트의 튜브를 질소 실린더에 연결합니다. 압력 조절기를 작동시키십시오.어큐뮬레이터 압력을 약 40 PSI로 설정하여 유체 준비를 완료합니다. 본 영상에서는 컨트롤러 소프트웨어를 실행하십시오. 그런 다음 발사체를 가져와 캐논 배럴에 삽입합니다.정지 장치를 배럴 출구로 이동시킵니다. 다음으로, 공기 탱크로 연결되는 가압 공기 라인을 엽니다. 원하는 발사체 속도를 생성하기 위해 탱크를 30에서 70 PSI 범위로 가압합니다.이 시점에서 비디오 캡처 설정을 확인하십시오. 고속 카메라를 제트 스프레이 노즐 옆에 배치하고, 카메라에서 에어건 배럴 방향으로 확산 시트를 설치하십시오. 고강도 광섬유 조명을 고정하여 확산기를 통해 빛을 비춤으로써 충돌 지점을 조명하십시오.모든 준비가 완료되면, 공기포 발사 충격으로부터 보호하기 위해 에어 모스를 착용하십시오. 캐논 제어 패널에 접속하여 경고 버튼을 눌러 실험 시작을 알립니다. 에어 건 제어 패널 버튼을 눌러 발사체를 발사하며, 공기포 자동 제어 시스템이 장치의 각 구성 요소를 조정하도록 합니다.데이터 분석을 위한 테스트를 완료하려면, 주어진 테스트 조건에 따른 고속 녹화 영상을 확인할 수 있는 소프트웨어가 설치된 컴퓨터를 사용하십시오. 제트의 거동을 관찰하고 기록하기 위해 충돌 영상을 일반 속도로 재생하십시오. 이미지 스케일을 보정한 후, 영상 내에서 분석 구간을 설정하십시오.제트가 가장 안정적으로 보일 때, 충돌 지점으로부터 관심 있는 치수의 측정 및 기록을 시작하십시오. 이 경우에는 소프트웨어를 사용하여 라멜라 정체점 반지름을 결정합니다. 다음 단계로 넘어가기 전에 모든 치수의 측정을 완료하십시오.다음으로, 이미지의 100프레임을 진행합니다. 제트와 라멜라가 안정적인지 확인하기 위해 측정을 반복합니다. 이동하는 표면에 액체 제트가 충돌할 때 나타나는 주요 현상으로는 증착 스플래터(deposition splatter)와 스플래시(splash)의 세 가지 동작이 있습니다.이 예시 정지 영상들은 제트가 표면을 향해 직선으로 일정하게 흐르는 실험 중 비디오 녹화를 통해 얻은 것입니다. 증착(deposition)의 경우, 제트가 표면에 부착되어 표면에 머무르게 됩니다. 실험의 나머지 부분에서, 액체 제트가 충돌 표면에 부분적으로만 부착될 때 스플래터(splatter)와 스플래시(splash) 현상이 발생합니다.증착 거동과 스플래터(splatter) 또는 스플래시(splash) 사이의 전이는 제트 직경, 제트 및 표면 속도, 제트 점도, 주변 공기압, 그리고 표면 거칠기를 포함한 많은 변수의 함수입니다. 예를 들어, 본 영상에서는 제트가 거칠기가 510 nanometers인 첫 번째 표면과 거칠기가 160 nanometers인 두 번째 표면에 충돌할 때 제트 증착이 관찰됩니다. 이와 대조적으로, 제트가 거칠기가 16 nanometers인 세 번째 표면에 충돌하면 스플래시가 발생합니다.이동하는 기판에 액체 제트가 충돌하는 현상은 물리적으로 매우 복잡합니다. 본 영상에서 보여주는 장치는 제어된 과학적 방식으로 제트 충돌을 연구할 수 있게 해줍니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

고해상도, 고속 입자 영상 유속계 (PIV)를 사용하여 경계 근처에 과도 흐름을 연구하는 절차는 여기에 설명되어 있습니다. PIV는 이미지와 기록 특성, 레이저 시트 속성 및 분석 알고리즘과 같은 여러 매개 변수 제약 조건을 최적화하여 모든 광학적 접근이 흐름에 적용 할 수있는 비 간섭 측정 기술입니다.

표면 근처 고속 입자 이미지 유속계

다른 물리적 매개 변수를 매우 짧은 시간 (밀리 초 미만의 제 10 호)에 역학에 영향을 미치는 때문에 비 뉴톤 유체의 낙하 충격은 복잡한 과정이다. 빠른 이미징 기술은 다른 비 뉴턴 유체의 영향 행동을 특성화하기 위해 도입된다.

비 뉴턴 유체의 낙하 충격 역학을 연구하기 위해 빠른 이미징 기술

네 도면 스플리터 고속 카메라 기반 입체 입자 추적 속도계 (3D-PTV) 시스템은 여기에 설명된다. 기술 하류 ≈ 7000 다시 레이놀즈 수에서 열 지름 근방 원형 파이프에서 제트류에인가된다.

난류 애플리케이션을위한 세 가지 차원 입자 추적 유속계 : 제트 흐름의 사례

흐르는 액체 필름에 물방울 영향 역학 파의 기여를 연구 프로토콜 제공 됩니다.

얇은 흐르는 액체 필름에 물방울 영향 역학 파의 기여를 공부 영화 컨트롤

이 프로토콜에서는 물 항목 실험 free-falling 분야에 대 한 기본 실험 구성을 보여 줍니다. 꿰 뚫을 수 직물 표면에 액체의 변경, 화학적으로 비 일로 분야의 준비에 대 한 방법 및 스플래시 시각화 및 데이터 추출에 대 한 단계는 설명 합니다.

Free-falling 분야 변경 및 충돌 표면 상태와 깊은 액체 수영장에의 영향

이 프로토콜을 사용하면 액체 낙하 충격의 실험적인 고속 이미지를 효율적으로 수집하고 해당 데이터를 일괄 분석할 수 있습니다. 이러한 프로세스를 간소화하기 위해 이 메서드는 장치를 교정 및 설정하고, 적절한 데이터 구조를 생성하고, 이미지 분석 스크립트를 배포하는 방법을 설명합니다.

액체 액적 영향의 높은 처리량 분석

이 프로토콜은 미크론 규모의 원통형 및 평면 극저온 액체 제트의 작동과 원리를 제시합니다. 지금까지 이 시스템은 레이저 플라즈마 실험에서 높은 반복률 표적으로 사용되어 왔습니다. 예상되는 학제 간 응용 분야는 실험실 천체 물리학에서 재료 과학, 그리고 궁극적으로 차세대 입자 가속기에 이르기까지 다양합니다.

높은 반복률을 위한 극저온 액체 제트 디스커버리 사이언스

이 비디오는 동적으로 변화하는 표면의 조밀한 3D 측정을 제공하는 디지털 프린지 프로젝션 기술의 기초를 설명합니다. 또한 이러한 기술을 기반으로 하는 고속 이진 디포커스 시스템의 설계 및 작동을 보여줍니다.

디지털 프린지 프로젝션 기술을 사용한 고해상도, 고속, 3차원 비디오 이미징

우리는 HF의 시츄 변경이 2 O 2 / H 2 O 용액 (0.01 % -0.5 %) 또는 메탄올 용액 H로 채워진 미세 유체 챔버에서 샘플을 조사함으로써 친수성 또는 소수성 상태의 Si (001) 표면 처리에서의 공정보고 상대적으로 낮은 펄스 UV 플루 언스의 레이저 펄스를 사용.

액체 환경에서의 펄스 자외선 레이저 조사에 의한 실리콘 표면의 젖음성의 선택 영역 수정

우리는 빠른 continuous-wave-자극-브 릴 루 앵-산란 (CW-SBS) 분석기의 건설을 설명합니다. 분석기는 단일 주파수 다이오드 레이저를 사용 하 여 및 높은 스펙트럼-해상도 탁/비-혼 탁 한 샘플의 전송 스펙트럼을 얻으려고 원자 증기 노치 필터 속도 최대 약 기존 CW-SBS 분석기의 그들 보다는 빨리. 이 개선 고속 브 릴 루 앵 소재 분석을 수 있습니다.<br...

소재 분석에 대 한 고속 연속파 자극된 브 릴 루 앵 산란 분 광 계

배우세요 고속 이동 표면에 액체 제트 충돌을 분석하는 방법을 회전 원판과 공기 대포 장치를 사용하여. 이 기술은 철도 마찰 제어 최적화에 활용됩니다.

이동 표면에 고속 액체 제트 매복의 시각화

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