Name: Free-falling 분야 변경 및 충돌 표면 상태와 깊은 액체 수영장에의 영향 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-02-17T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 49 s
Description: 학습하세요 자유낙하 구체를 이용한 수면 진입 실험 방법과 관통성 직물을 활용한 액면 변형 기술을. 화학적 소수성 구체 준비 및 스플래시 시각화를 통해 유체역학과 계면 상호작용을 연구할 수 있습니다.

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저자 대학의 공학 및 컴퓨터 과학 (CEC)에서 중앙 플로리다 대학이이 프로젝트 자금에 대 한 조슈아 Bom 및 크리스 Souchik 스플래시 이미지에 대 한 귀중 한 피드백에 대 한 니콜라스 스미스를 인정 하 고 싶습니다.

1. 구성 수직 영향에 대 한 실험
<ol><li>크기 약 60 cm의 투명 한 물 탱크 채우기 x 30 cm x 36 c m (길이 무게 x x 깊이) 물 32 l 그림 1a에서 보듯이 기지 꼭대기에 앉아 있다, 액체는 컨테이너 안에 수직 미터 통치자 ('비주얼 규모')를 탑재. 참고: 깊이 너비는 탱크의 20 배 벽 효과 무시할 수9를 실험에 사용 하는 가장 큰 분야의 지름 보다 큰 해야 합니다. 그는 여기서 설명 하는 보다 큰 항목 속도 더 탱크 깊이 필요 합니다. 드롭 높이 소프트웨어를 추적의 보정을 확인 하는 데 사용 하는 시각적 규모 섹션 7에에서 설명 되어 있습니다.</li>
	<li>장소 크기를 확대 하는 역할을 수 있는 물 아래 추가 미터 통치자. 이 시각적 규모 추적 소프트웨어 수 중 측정을 위한 보정에 사용 됩니다.</li>
	<li>액체 위에 구체를 일시 중단 하 고 그림 1a에서 보듯이 접선 가속도, 충돌 위치에 중력 보다 큰 달성 하기 위해 아래쪽으로 회전 힌지 플랫폼 ('분리 장치')를 생성 합니다. 급속 한 회전 힌지 플랫폼 신축성 밴드를 사용 하 여 지원 구성의 중심을 연결 하 여 이루어집니다. 결과 지원 되지 않는 및 비 회전 충돌. 참고: 플랫폼은 3D 프린터와 함께 쉽게 조작 된다.</li>
	<li>충격 시험, 경첩된 플랫폼의 기본 유체 위에 분야의 배치에 대 한 수평 위치에 90 ° 회전을 엄지손가락 장소. 참고: 철회 엄지 플랫폼의 기지에서 해제 될 때 트리거됩니다.</li>
	<li>그런 장치는 다양 한 높이를 조정할 수 있습니다 말 대 꾸 서 서 릴리스 메커니즘을 부착.</li>
	<li>장소는 말 대 꾸를 릴리스 메커니즘 시각적 규모와 같은 깊이 평면 내 탱크 옆에 서. 전복을 방지 하기 위해 필요에 따라 토르 스탠드 베이스에 무게를 추가 합니다.</li>
	<li>릴리스 메커니즘 최대 원하는 실험 드롭 높이를 조정 합니다. 이것은 최적의 스플래시 시각화 섹션 6에 필요한 하 고 관심의 시작 특성은 항상 카메라의 보기 내 보장.</li>
	<li>빛 스플래시 영역에 아래를 내려다 보면서 카메라 위에 탑재 되는 멀티 LED 빛 참을 팔을 연결 합니다. 주변광 혼자 높은 프레임 속도로 현장 조명 부족 하는 데 필요한 시작 운동학을 추출. 참고: 하나 결코 너무 많은 빛을 가질 수 있습니다.</li>
	<li>그림 2에서 보듯이 스플래시와 캐비티 시각화를 돕기 위해 물 탱크 뒤 검은 화면을 배치 합니다.</li>
	<li>물 탱크 및 재포장을 방지 하기 위해 무게와 접사의 하단에 폐쇄 셀 스폰지 같은 유리 보호 충격 흡수를 놓습니다. 참고: 탱크에 액체의 높이 되어야 합니다 같은 영역10에서 공기 구멍 핀치 전에 충격 흡수와 작용 하지 않습니다.</li>
</ol>2. 크기가 없는 매개 변수를 제어
<ol><li>다양 한 대 중 및 직경의 부드러운 분야와 함께 실험을 실시 합니다. 이 polyoxymethylene (예를 들어, Delrin) 동전 만들기 볼 특히 잘 작동 하 고 금형 부분 라인을가지고. 각각 대 중 및 직경 분석 밸런스와 버 니 어 캘리퍼스를 측정 합니다.</li>
	<li>높이 H 영향 속도 생성 하의 범위 실험을 수행 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59300/59300eq1.jpg"> 어디 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59300/59300eq2.jpg"> </img>m/s2 는 중력 때문에 가속도. 카메라 프레임 내에서 시각적 규모와 높이 측정 합니다. 참고: 사용 하 여 비디오 분석 도구에서 자동 추적 기능 섹션 7에에서 설명 된 대로 충격 속도 측정 하.</li>
	<li>물과 적당 한 계면 활성 제 (예를 들어, 글 리세 린 또는 soap) 표면 장력을 수정 하는 액체 혼합물으로 실험을 실시 합니다. 표면 뿐만으로 표면 장력을 측정 합니다.</li>
	<li>레이놀즈 번호 계산 <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59300/59300eq3.jpg"> 와 베버 번호 <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/59300/59300eq4.jpg"> </img>, D 는 구체 직경 ρ 는 유체의 밀도, μ 는 액체와 액체의 표면 장력 σ 동적 점도.</li>
</ol>3. 위생 실험 조건 유지
<ol><li>산업 니트 릴 장갑 착용 하는 동안 실험을 실시 하 고 소 각된 국자와 물 탱크에서 분야를 검색 합니다. 주의: 피부는 자연스럽 게 impactors의 습윤에 영향을 미칠 수 있는 유체 조건 더러운 오일을 생산 합니다.</li>
	<li>99% 이소프로필 알콜을 가진 분야를 청소 하 고 1 분 사이 불순물의 영향을 배제 하는 재판에 대 한 건조 허용.</li>
	<li>영향 동안 분리 직물을 사용 하는 경우 스크랩을 수동으로 수집 수 없습니다 경우 모든 재판 후 탱크에 물을 교체 합니다.</li>
	<li>실험의 끝에, 탱크를 비어 하 고 건조 그것을 두고.</li>
	<li>실험 하기 전에 모든 불순물을 제거 하는 물 탱크 청소.</li>
</ol>4. 꿰 뚫을 수 직물의 표면 레이어 링
<ol><li>광장으로 직물을 분리 또는 plies 영향 시험 준비에 라운드. 버 니 어 캘리퍼스를 사용 하 여 직물의 압축된 두께 얻기 위해. 참고: 원단 두께 젖은 때 변경 됩니다.</li>
	<li>부드럽게 건조 직물 액체 수영장의 표면 위에 놓습니다. plies 충돌 릴리스 전에 하강 시작 및 충돌 직후 직물을 대체 하지 않는 확인 하십시오.</li>
	<li>소 각된 국자를 사용 하 여 힌지 플랫폼 아래 직물 분야를 발표 하기 전에 위치.</li>
	<li>(선택 사항) 소재 특성에 대 한 직물 샘플을 사용 하 여 다음 테스트를 수행 합니다.<ol>
<li>인장 테스트 인장 시험기를 사용 하 여 샘플의 탄성 계수를 결정 하기 위해 수행 합니다.</li>
		<li>디지털 현미경을 사용 하 여 직물의 현미경 보기를 가져오고 섬유 길이 이미징 도구를 사용 하 여 결정.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. 화학적으로 소수 분야 준비
<ol><li>스프레이 소수 베이스 코트 구 표면에서 대략 15-30 cm. 표면 젖어 하지 마십시오. 추가적인 코팅을 추가 하기 전에 1\u20122 분 동안 건조 하자. 2 더 많은 기본 코트를 적용 합니다. 최고 외 투를 적용 하기 전에 30 분 동안 건조 하실 수 있습니다. 참고: 추가 표면 수 제품 제조 업체에서 권장 사항에 따라 달라질 수 있습니다.</li>
	<li>스프레이 소수 탑 코트 표면에서 대략 15-30 cm. 표면 젖어 하지 마십시오. 추가적인 코팅을 추가 하기 전에 1-2 분 동안 건조 하자. 최고 외 투의 2 개 또는 3 개의 더 코팅을 적용. 30 분 사용 및 전체 사용에 대 한 12 h 동안 건조를 허용 합니다. 참고: 추가 표면 코트의 수 제품 제조 업체에서 권장 사항에 따라 달라질 수 있습니다.</li>
	<li>약 20 시련 후 소수 성 코팅 과도 한 처리 때문에 손상 된다. 99% 이소프로필을 가진 코팅을 제거 하 고 5.1 및 5.2 단계를 반복 합니다.</li>
</ol>6. 동기화 시작 시각화에 대 한 카메라
<ol><li>영향 축에 수직인와 액체의 표면에 선 적당 한 렌즈와 고속 카메라를 배치 합니다. 참고: 55 m m 프라임 렌즈는 좋은 출발점을 제공합니다.</li>
	<li>직물 사용 되는, 그림 1b에서 보이는 것과 같이, 영향의 하향식 보기를 제공 하는 실험을 추가 고속 카메라를 추가 합니다.</li>
	<li>다음 단계를 사용 하 여 컴퓨터에 여러 대의 카메라를 동기화 합니다.<ol>
<li>BNC 케이블을 사용 하 여 추가 카메라의 두 입력된 단자를 수평 카메라의 두 출력 단자를 연결 합니다.</li>
		<li>수평 카메라를 트리거 스위치를 연결 합니다.</li>
		<li>컴퓨터에 연결 하는 네트워크에서 라우터 두 카메라에서 이더넷 케이블을 꽂습니다. 참고: 라우터의 부재에서 컴퓨터를 분리 하는 카메라의 이더넷 케이블 연결.</li>
	</ol>
</li>
	<li>비디오 수집 소프트웨어에서 다음과 같은 설정으로 카메라를 구성 합니다. 최소 1000 fps의 프레임 속도 설정, 원하는 해상도로 화면 해상도 설정 합니다. 1 프레임 당 초 셔터 속도 설정 하 고 트리거 모드 종료를 설정 합니다.</li>
	<li>최대 릴리스 높이에서 되도록 워싱턴 제트기 비디오 프레임 내 테스트 시험의 일련을 수행 합니다.</li>
	<li>원하는 시각화 품질 달성 될 때까지 그에 따라 카메라 위치 및 초점 조정 합니다.</li>
	<li>녹음 후 적합 한 비디오 분석 도구를 사용 하 여 비디오에서 운동학 및 형상 측정을 추출 합니다. 추적기, 오픈 소스 분석 도구 또는 비교 기능의 소프트웨어를 사용 합니다.</li>
</ol>7. 디지털화 추적 소프트웨어와 영향 운동학
<ol><li>교정 막대기 추적기 도구 상자에서 선택 하 고 일치 시각적 규모 (그림 2a), 가능한 한 길게 스틱 만들기.</li>
	<li>교정 막대기 를 클릭 하 고 지팡이 시각적 규모의 길이를 배율 값을 설정 합니다. 즉, 교정 막대기 시각적 규모에 1 cm에 걸쳐 있는 경우는 스케일링 값을 1로 설정 합니다. 참고:이 소프트웨어에서 측정 센티미터의 순서는 보장 합니다.</li>
	<li>비디오 재생을 시작 하 고 중지 를 클릭 하 여 전환 하 고 원하는 프레임 비디오 설정 합니다.</li>
	<li>스틱 측정 추적기 도구 상자에서 선택한 그림 2b,c에서 보듯이 스플래시 크라운 높이 k, 구멍 폭 b, 구멍 깊이 l및 워싱턴 제트 높이 h, 추출. 참고: 측정 스틱 양 끝 조정 가능한 이며 다른 도구 상자 선택과 동시에 사용할 수 있습니다.</li>
	<li>끄 는 추적기 도구 상자에서 선택 하 고 그림 2b에서 보듯이, 충돌에 관하여 액체의 분리 각도 q 를 측정. 끄는 양쪽 끝에 조정 하 고 다른 도구 상자 선택과 동시에 사용할 수 있습니다.</li>
	<li>임시 위치 및 속도 데이터를 기록 하는 소프트웨어에서 자동 추적 기능을 선택 합니다. 때 추적 되는 비디오를 사용 하 여 수동 추적 선명도 얻을 때까지 선명도의 부족으로 인해 중단 및 자동 추적 재개 됩니다.</li>
</ol>

<ol><li>Watson, D. A., Stephen, J. L., Dickerson, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Jet+amplification+and+cavity+formation+induced+by+penetrable+fabrics+in+hydrophilic+sphere+entry%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Fluids%22%5BJournal%5D)">Jet amplification and cavity formation induced by penetrable fabrics in hydrophilic sphere entry.</a> Physics of Fluids. 30, 082109(2018).</li>
<li>Truscott, T. T. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Cavity+dynamics+of+water+entry+for+spheres+and+ballistic+projectiles%22">Cavity dynamics of water entry for spheres and ballistic projectiles</a>. , Massachusetts Institute of Technology. Doctor of Philosophy Thesis (2009).</li>
<li>Truscott, T., Techet, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water+entry+of+spinning+spheres%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Water entry of spinning spheres.</a> Journal of Fluid Mechanics. 625, 135(2009).</li>
<li>Techet, A., Truscott, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water+entry+of+spinning+hydrophobic+and+hydrophilic+spheres%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fluids+and+Structures%22%5BJournal%5D)">Water entry of spinning hydrophobic and hydrophilic spheres.</a> Journal of Fluids and Structures. , 716(2011).</li>
<li>Zhao, S., Wei, C., Cong, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Numerical+investigation+of+water+entry+of+half+hydrophilic+and+half+hydrophobic+spheres%5BTitle%5D)+AND+%22Mathematical+Problems+in+Engineering%22%5BJournal%5D)">Numerical investigation of water entry of half hydrophilic and half hydrophobic spheres.</a> Mathematical Problems in Engineering. 2016, 1-15 (2016).</li>
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<li>Worthington, A. M., Cole, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+with+a+liquid+surface+studied+by+the+aid+of+instantaneous+photography.+Paper+II%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society+of+London%22%5BJournal%5D)">Impact with a liquid surface studied by the aid of instantaneous photography. Paper II.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society of London. , 175(1900).</li>
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<li>Krishnan, S. R., Seelamantula, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+selection+of+optimum+Savitzky-Golay+filters%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Signal+Processing%22%5BJournal%5D)">On the selection of optimum Savitzky-Golay filters.</a> IEEE Transactions on Signal Processing. 61, 380-391 (2013).</li>
<li>Cheny, J., Walters, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extravagant+viscoelastic+effects+in+the+Worthington+jet+experiment%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Non-Newtonian+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Extravagant viscoelastic effects in the Worthington jet experiment.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 67, 125-135 (1996).</li>
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<li>Aristoff, J. M., Truscott, T. T., Techet, A. H., Bush, J. W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+water+entry+cavity+formed+by+low+bond+number+impacts%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Fluids%22%5BJournal%5D)">The water entry cavity formed by low bond number impacts.</a> Physics of Fluids. 20, 091111(2008).</li>
<li>Aristoff, J., Bush, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water+entry+of+small+hydrophobic+spheres%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Water entry of small hydrophobic spheres.</a> Journal of Fluid Mechanics. 619, 45-78 (2009).</li>
<li>Aristoff, J., Truscott, T., Techet, A., Bush, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+water+entry+of+decelerating+spheres%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Fluids%22%5BJournal%5D)">The water entry of decelerating spheres.</a> Physics of Fluids. 22, (2010).</li>
<li>Truscott, T., Epps, B., Techet, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unsteady+forces+on+spheres+during+free-surface+water+entry%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Unsteady forces on spheres during free-surface water entry.</a> Journal of Fluid Mechanics. 704, 173-210 (2012).</li>
<li>Truscott, T. T., Epps, B. P., Belden, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water+entry+of+projectiles%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Water entry of projectiles.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 46, 355-378 (2013).</li>
<li>Gekle, S., Gordillo, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+and+breakup+of+Worthington+jets+after+cavity+collapse+part+1%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Generation and breakup of Worthington jets after cavity collapse part 1.</a> Journal of Fluid Mechanics. 663, 293-330 (2010).</li>
<li>Cross, R., Lindsey, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+the+drag+force+on+a+falling+ball%5BTitle%5D)+AND+%22The+Physics+Teacher%22%5BJournal%5D)">Measuring the drag force on a falling ball.</a> The Physics Teacher. 169, (2014).</li>
<li>Cross, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vertical+impact+of+a+sphere+falling+into+water%5BTitle%5D)+AND+%22The+Physics+Teacher%22%5BJournal%5D)">Vertical impact of a sphere falling into water.</a> The Physics Teacher. , 153(2016).</li>
<li>Dickerson, A. K., Shankles, P., Madhavan, N., Hu, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mosquitoes+survive+raindrop+collisions+by+virtue+of+their+low+mass%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Mosquitoes survive raindrop collisions by virtue of their low mass.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (25), 9822-9827 (2012).</li>
<li>Dickerson, A. K., Shankles, P., Hu, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Raindrops+push+and+splash+flying+insects%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Fluids%22%5BJournal%5D)">Raindrops push and splash flying insects.</a> Physics of Fluids. 26, 02710(2014).</li>
</ol>

저자는 공개 없다.

이 프로토콜 실험 설계 및 깊은 액체 수영장에 free-falling 분야의 조사에 대 한 모범 사례에 설명합니다. 우리는 수직에 미치는 영향에 대 한 실험을 구성 하는 데 필요한 단계를 강조 표시 하 여 시작 합니다. 벽 효과 무시할 수9, 그리고 기구학12,13,14 추출에 대 한 적당 한 시각 규모는 충분히 큰 스플래시 영역 사용 하 여 이상적인 시작 환경을 만드는 것이 중요 하다 ,15,16,17,18,19</sup...

깊은 액체 수영장1 솔리드 객체의 수직 충격에서 발생 하는 스플래시 역학의 특성은 탄도 미사일 물 항목 및 바다 표면2, 방문 등 군사, 해군 및 산업 응용 프로그램에 적용 3,,45. 물 항목의 첫 번째 연구는 잘 한 세기 이상 전에 실시 했다6,7. 여기, 우리는 분명 깊이 있는 프로토콜 및 물 항목 조사에 대 한 일관 된 결과 달성 하기 위한 유용한 설정 합니다. 올바른 실험 설계를 돕기 위해 메서드는 위생 조건의 유지 보수, 계면 조건의 변경, 크기가 없는 매개 변수 제어, 충돌의 화학 수정 및 스플래시 운동학의 시각화에 대 한 제공 됩니다.
정지 유체에 free-falling 친수성 분야의 수직 영향 낮은 속도8에서 공기 함정의 흔적을 보여줍니다. 우리는 액체 표면 위에 얇은 꿰 뚫을 수 직물의 배치 때문에 강제 흐름 분리1구멍 형성 하면 찾을. 표면에 직물의 빈약한 금액 충분 한 레이어 링 약하게 튀는 극복 분야 유체 항목1에서 드래그 하는 동안 웨버 상당수의 범위에 걸쳐 튀는 증폭 한다. 이 문서에서는, 우리는 프로토콜 친수성 분야의 물 항목에 물자 힘의 효과 설정 하기 위한 적합 한 설명.
구멍에서 소수 밝아진 형성 그들의 물-원하는대로 대응8에 비해 표면 위에 높은 기본 jet의 돌출 뒤 impactors 보여 개발된 시작 크라운의 승천. 여기, 우리는 화학적으로 친수성 분야의 표면 수정 통해 물 repellency를 달성 하기 위한 방법을 제시.
고속 카메라의 출현과 함께 시작 시각화 및 특성화 더 달성 되고있다. 그럼에도 불구 하 고, 필드에 설정 된 표준 전화 단일 카메라의 사용에 대 한 여행의 기본 축에 직각. 우리 머리 위 전망에 대 한 추가 고속 카메라의 사용 분야 파업 원하는 위치 판단하실 필요가 보여줍니다.

<table><tbody><tr><td>3D 프린터</td><td>FlashForge</td><td>Creator Pro</td><td>이중 압출</td></tr><tr><td>알코올</td><td>Swan</td><td>M314</td><td>99% 이소프로필</td></tr><tr><td>BNC 케이블</td><td>Thorlabs</td><td>2249-C-24</td><td></td></tr><tr><td>캘리퍼스</td><td>언제든지 도구</td><td>203185다이얼</td><td></td></tr><tr><td>카메라</td><td>Photron</td><td>Mini AX-100</td><td>16GB Ram</td></tr><tr><td>컴퓨터</td><td>Dell</td><td>Windows 7 Pro</td><td></td></tr><tr><td>패브릭</td><td>조지아 퍼시픽</td><td>19378</td><td>화장지</td></tr><tr><td>패브릭</td><td>크리넥</td>스 <td>10036000478478</td><td>티슈</td></tr><tr><td>레이저 커터</td><td>글로우포지</td><td>베이직</td><td></td></tr><tr><td>라이트</td><td>GS Vitec</td><td>LT-V9-15</td><td>멀티 LED</td></tr><tr><td>현미경</td><td>Keyence</td><td>VHX-900F</td><td>디지털</td></tr><tr><td>레토르트 스탠드</td><td>VWR</td><td>VWRF08530.083</td><td></td></tr><tr><td>라우터</td><td>ASUS</td><td>RT-N12</td><td>오프 네트워크</td></tr><tr><td>눈금자</td><td>Westcott</td><td>10432</td><td>미터 눈금자</td></tr><tr><td>소프트웨어</td><td>오픈 소스</td><td>추적기</td><td>비디오 분석</td></tr><tr><td>소프트웨어</td><td>Photron</td><td>Fastcam 뷰어</td><td>비디오 녹화</td></tr><tr><td>구</td><td>아마존</td><td>8DELSET</td><td>Delrin</td></tr><tr><td>스프레이</td><td>Rust-Oleum</td><td>274232</td><td>발수</td></tr><tr><td>계면 활성제</td><td>Dawn</td><td>37000973782</td><td>Liquid Soap</td></tr><tr><td>계면 활성제</td><td>USP 코셔</td><td>5 갤런</td><td>글리세린</td></tr><tr><td>인장 시험기</td><td>MTS</td><td>모델 42</td><td></td></tr><tr><td>트리거 스위치</td><td>맞춤형</td><td></td><td></td></tr><tr><td>물 탱크</td><td>Mr. Aqua</td><td>MA-730</td><td>비 강화 유리</td></tr></tbody></table>

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

Impacts of Free-falling Spheres on a Deep Liquid Pool with Altered Fluid and Impactor Surface Conditions

깨끗 한 물에 분야의 수직 충격 구멍 형성을 특성화 하는 수많은 물 항목 조사의 주제, 스플래시 크라운 승천 및 워싱턴 제트 안정성. 여기, 우리는 부드러운 free-falling 다양 한 습윤, 질량, 및 직경 영향의 구체 꿰 뚫을 수 얇은 직물 및 액체 계면 활성 제에 의해 수정 깊은 액체 수영장의 무료 표면 때 스플래시 역학 조사 하기 위한 실험 프로토콜을 설정 합니다. 물 항목 조사 복잡 한 유체 역학 공부에 대 한 액세스, 쉽게 조립 하 고 실행 된 실험을 제공 합니다. 선물이 여기 스플래쉬 높이, 흐름 분리 통계, 및 충돌 운동학, 및 우리의 접근을 재현 하는 경우 얻을 수 있는 대표적인 결과 특성화에 대 한 조정할 수 있는 프로토콜. 메서드 특성 시작 크기는 약 0.5 m 남아 때 적용 됩니다. 그러나,이 프로토콜 수 있습니다 큰 충돌 릴리스 높이 충격 속도 맞게는 결과 해군을 위해 잘 augurs 및 산업 응용 프로그램.

이 프로토콜 허용 범위의 베버 숫자 이상의 수직 충격에서 발생 하는 워싱턴 제트기의 준수에 대 한 설립 <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59300/59300eq5.jpg"> 그림 2 c에서 보듯이. 이러한 결과 왓슨 외.1여기에 소개 하는 데이터를 생성 하는 데 사용 하는 정확한 실험 조건에 대 한 참조 될 수 있습니다 게시 됩니다. 우리는 무료 액체 표면 위의 돌기 하는 액체의 좁은 길쭉한 영화에 집중 한다. 그림 3 우리는 직물의 빈약한 양을 증폭 튀는 충분 한 레이어 링 약하게 다시 시작 하는 동안 표시 됩니다. 결과 비-dimensionalized 그림 3b에서 보듯이 구체 직경 D 를 사용 하 여....

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

Vertical impacts of spheres on clean water have been the subject of numerous water entry investigations characterizing cavity formation, splash crown ...

이 프로토콜은 자유 낙하 구체와 물 주입 실험을 보여줍니다. 관통된 직물로 액체 표면의 교대, 신흥 구체의 화학 물질 준비, 스플래시 시각화 및 데이터 추출에 대해 논의됩니다. 이러한 기술은 고체 물체와 유체 체사이의 얼굴 상호 작용을 이해하는 데 도움이 되는 근본적인 유체 역학 연구에 대한 통찰력을 제공합니다.절차를 시연하는 것은 앨버타 출신의 학부 생인 조슈아 봄과 제레미 스티븐이 될 것입니다. 이 절차 전반에 걸쳐 산업 등급 의 니트릴 장갑을 착용하여 피부 오일로 물과 충격기를 오염시키지 않도록하십시오. 수돗물과 세제로 깨끗한 투명 탱크를 완전히 청소하기 시작합니다.그런 다음 32 리터의 수돗물로 채웁니다. 99%의 이소프로필 알코올로 두 가지 지표 눈금자를 청소하고 1분 동안 건조시키십시오. 기지가 물을 만지면 탱크 앞쪽을 향한 한 통치자를 마운트합니다.두 번째 눈금자를 수직으로 수중으로 수정합니다. 그런 다음 탱크 위에 힌지 플랫폼을 확보하여 플랫폼이 탱크 의 전면에 대해 위의 물 눈금자와 동일한 깊이 평면 내에 있도록합니다. 플랫폼을 원하는 최대 낙하 높이로 조정한 다음 멀티 LED 라이트를 관절 팔에 부착하고 탱크 위와 앞에 빛을 배치하여 플랫폼 아래의 스플래시 영역을 완전히 비춥춥시다.스플래시 및 캐비티 시각화를 돕기 위해 탱크 뒤쪽에 검은 색 화면을 설정합니다. 탱크 바닥에 닫힌 셀 스폰지와 같은 깨끗한 오일 프리 충격 흡수기를 놓고 깨끗한 무게로 제자리에 고정하십시오. 다음으로, 유체의 표면에 맞춰 탱크를 향한 고속 카메라를 장착합니다.원하는 경우 트리거 스위치를 카메라에 연결합니다. 카메라를 컴퓨터에 연결하고 초당 최소 1, 000 프레임의 프레임 속도로 카메라를 구성합니다. 원하는 해상도를 선택하고 셔터 속도를 프레임 초당 1로 설정합니다.해당되는 경우 트리거 모드를 끝으로 설정합니다. 다음으로, 피부 오일 및 기타 오염을 제거하기 위해 99 %의 이소 프로필 알코올로 작은 스쿱과 폴리 옥사이드 메탄올 구체를 청소하십시오. 구체와 스쿱이 1분간 건조되도록 합니다.스플래시 이벤트에 최적화 된 최적의 시각화 품질을 달성하기 위해 Preform 테스트 시험을 테스트하고 카메라 위치, 초점 및 해상도를 조정합니다. 그런 다음 스쿱으로 구체를 회수하고 구체를 청소하고 이소프로필 알코올로 특종을 청소합니다. 실험을 시작할 준비가 되면 탱크 촬영을 시작합니다.힌지 플랫폼을 제자리에 올리고 플랫폼에 깨끗한 건조한 구체를 놓습니다. 플랫폼의 베이스를 놓아 구를 탱크에 놓습니다. 그런 다음 촬영을 중지하고 비디오 파일을 저장하고 비디오를 잘라 시작 이벤트만 표시합니다.다음 테스트로 진행할 준비가 되면 스쿱으로 구를 검색합니다. 이소프로필 알코올로 구를 청소하고 테스트를 반복하기 전에 1 분 동안 건조하게하십시오. 실험이 완료되면 탱크를 비우고 건조하게하십시오.시험을 위해 침투 할 수있는 직물을 준비하려면 원하는 직물을 사각형 또는 둥근 플라이로 분리하고 Vernier 캘리퍼를 사용하여 건조 직물의 압축 두께를 측정합니다. 실험을 설정할 때 탱크 위에 두 번째 고속 카메라를 장착하여 직물에 영향을 미치는 구체의 하향식 뷰를 제공합니다. 가로 카메라 출력을 BNC 케이블과 오버헤드 카메라 입력 단자에 연결합니다.트리거 스위치를 수평 카메라에 연결합니다. 그런 다음 이더넷 케이블을 사용하여 카메라 컴퓨터에 연결된 오프라인 라우터에 두 카메라를 모두 연결합니다. 평소와 같이 두 카메라를 집중하고 구성하십시오.실험을 정화 할 준비가되면 부드럽게 탱크의 액체 표면에 마른 직물을 휴식. 재판이 시작되기 전에 직물이 가라앉기 시작하지 않도록 하십시오. 깨끗하고 오일이 없는 스쿱을 사용하여 힌지 플랫폼 아래에 직물을 배치합니다.트리거 스위치를 사용하여 충돌을 설정하기 전에 두 카메라로 스플래시 영역을 동시에 촬영할 수 있습니다. 충돌 직후 직물을 제거합니다. 직물조각이 충격과 긁힌 자국에 파편이 있는 경우 모든 원단이 제거되도록 모든 시험 후 수동으로 비어 있고 탱크를 청소할 수 없습니다.화학적으로 소수성 구체를 준비하기 시작하려면 다산화수소 멘톨 구를 아크릴 홀더에 맞춥시게 합니다. 표면 코팅을 위한 위치 구는 이 프로토콜의 가장 어려운 측면입니다. 포지셔닝은 구멍이 약간 더 넓은 레이어 코트 아크릴 시트로 제어되며 구체가 약간 더 넓어집니다.구의 표면을 흡수하지 않고 약 15~30cm 떨어진 소수성 베이스 코트로 구체를 스프레이합니다. 다음으로, 표면에 흠뻑 젖지 않고 약 15~30cm 떨어진 곳에서 소수성 탑 코트로 구를 살포하고 1~2분 동안 건조시키십시오. 같은 방법으로 두 개 또는 세 개의 상부 코팅을 더 적용합니다.구는 빛을 사용하기 위해 30 분 또는 전체 사용을 위해 약 12 시간 동안 건조하게하십시오. 사전 성형 충격 테스트를 할 때 각 시험 후 구가 완전히 건조하게 한 다음 이소프로필 알코올로 헹구십시오. 소수성 코팅은 약 20번의 시험 후에 저하됩니다.이 구를 재사용하려면 99%의 이소프로필 알코올로 코팅을 제거하고 이전에 설명한 바와 같이 베이스 및 탑 코트를 다시 적용한다. 분석을 시작하려면 스플래시 이벤트의 고속 비디오를 비디오 분석 소프트웨어에 가져옵니다. 크기 조정 도구를 사용하여 눈금자의 가시 영역을 기반으로 크기 조정 값을 센티미터로 설정합니다.비디오를 통해 사전을 진행하여 스플래시 크라운 승천과 공기 함정을 보여주는 적절한 프레임을 찾으십시오. 스플래시 크라운 높이, 캐비티 너비 및 캐비티 깊이를 측정합니다. 각도 측정 도구를 사용하여 분리 각도를 결정합니다.비디오에서 더 나아가 워딩턴 제트 형성을 보여주는 적절한 프레임을 찾고 워딩턴 제트 높이를 측정하십시오. 마지막으로 자동 추적 기능을 사용하여 임펙터의 시간적 위치와 속도 날짜를 추출합니다. 추적이 중단된 경우 자동 추적이 재개될 때까지 수동 추적을 사용합니다.여기서이 절차는 수직 충격에서 튀는 직물의 효과를 평가하는 데 사용되었습니다. 한 개의 ply로 튀는 높이는 직물없이 스플래시 높이에 비해 증폭되었습니다. 두 개의 플라이가 있는 스플래시 높이는 패브릭이 없는 스플래시 높이와 거의 동일합니다.스플래시는 3번과 4개의 플라이로 크게 감쇠되었습니다. 베버 수에 걸쳐 최소한의 변형이 관찰되어 단일 직물에 영향을 미치는 구체에서 캐비티 깊이, 스플래시 지장 높이 및 캐비티 폭을 관찰했습니다. 구체 수직 위치는 수중으로 추적되어 각 직물을 추가하여 수중 속도가 더 크게 감소하는 것을 관찰할 수 있었습니다.조사관은 일관되고 유효한 결과를 얻기 위하여 실험 도중 위생 실험 조건의 유지에 예리한 주의를 기울여야 합니다. 이 기술은 여기에 제시된 재료에 국한되지 않으며 유사한 기능및 기능의 재료로 착수할 수 있습니다. 주사기와 같은 높은 저수지의 도입으로, 이 절차는 고체 또는 액체 표면에 액체 방울의 수직 영향에 대한 조사를 위해 상향 처리될 수 있습니다.이 프로토콜은 또한 일반적인 더 큰 충격 속도와 해군 및 산업 응용 프로그램에 잘 어울리는 차원없는 매개 변수의 증가 범위에 더 큰 규모로 미리 형성 될 수 있습니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

이 논문은 계면 활성제 기반 전단 가차 점탄성 유체에서 구형 입자의 말단 침전 속도를 측정하는 실험 절차를 보여줍니다. 광범위한 유변학적 특성에 대한 유체가 준비되고 정착 속도는 결합되지 않은 유체및 병렬 벽 사이의 유체의 입자 크기 범위에 대해 측정됩니다.

밀폐및제한된 계면활성제 기반 전단 점성 비탄성 유체의 구형 입자 의 정착 속도의 실험 적 측정

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

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.

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형상의 앙금 침대 층 류에서 난 류 흐름에 기능으로 하나의 구슬의 초기 입자 모션을 특성화에 대 한 두 가지 방법은 제공 됩니다.

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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 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

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

새로운 절제 물질과 수치 모델링의 개발에는 광범위한 실험적 조사가 필요합니다. 이 프로토콜은 플라즈마 흐름에서 물질 반응 특성화를 위한 절차를 설명하며, 핵심 기술은 방출 분광법(emission spectroscopy)에 의한 반응성 경계층의 화학적 성질과 함께 물질 후퇴를 추적하는 비간섭적 방법입니다.

Plasmatron에서 절제 재료 시험 중에 방출 분광 경계 계층 조사

나노 시트에 적층 물질의 액체 각질 제거를위한 프로토콜은, 현미경 및 분광 기술에 의해 크기 선택 및 크기 측정이 표시됩니다.

액체 박리 전이 금속 Dichalcogenide 제어 된 크기와 나노 시트와 두께의 준비 : 예술 프로토콜의 주

풀 비등 열전달 실험 열 전달 계수 (HTC)의 혼합 수화제 패턴의 영향을 관찰하기 위해 수행되었다. 조사의 매개 변수는 interlines 수 및 습윤 표면 개질의 패턴 방향이다.

하이브리드 수화제 패턴과 원통 표면에 풀 비등 열전달 향상

학습하세요 자유낙하 구체를 이용한 수면 진입 실험 방법과 관통성 직물을 활용한 액면 변형 기술을. 화학적 소수성 구체 준비 및 스플래시 시각화를 통해 유체역학과 계면 상호작용을 연구할 수 있습니다.

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

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