Name: Visualisatie van High Speed Liquid Jet Impactie op een bewegend oppervlak (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-04-17T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 34 s
Description: Leer de impact van vrije-oppervlakte vloeistofstralen op snelbewegende oppervlakken met een draaiende schijf en een luchtkanon. Deze methode optimaliseert wrijfingscontrole op spoorwegen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

The Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) en LB Foster Rail Technologies Corp. gezamenlijk ondersteund dit onderzoek door de NSERC Collaborative Research en Development Grant programma.

1. Spinning Disk Device <ol><li> Identificeren gewenste testomstandigheden en opnemen testomstandigheden in een tabel (bijvoorbeeld, omgevingstemperatuur, vloeistof eigenschappen, jet en oppervlakte snelheid, enz.). </li><li> Voorbereiding van Materialen <ol><li> Bereid glycerine-water of PEO-glycerine-water-oplossingen voor de botsing testen. <ol><li> Bij PEO-glycerine-watertesten geleidelijk los 4,5 g PEO poeder (viscositeit-gemiddeld molecuulgewicht van een miljoen en vier miljoen) in 1495,5 g gedestilleerd water onder zachtjes magnetisch roeren gedurende een periode van 24 uur. Voorkom extreem roeren van het PEO monster mechanische degradatie voorkomen. </li><li> Voeg geleidelijk 1,5 kg USP-kwaliteit glycerine aan de waterige PEO oplossing over een periode van 24 uur aan een waterige oplossing van 0,15% PEO concentratie en 50% glycerine concentratie bereikt. </li></ol></li><li> Bewaar de test vloeistoffen apart in luchtdichte containers onder RT voor en na elke test om minimize verdamping, wateropname uit omgevingslucht en vervuiling. Karakteriseren en spuiten vloeistoffen binnen vijf dagen van voorbereiding. </li></ol></li><li> Uittesten van <ol><li> Zorg ervoor dat de draaiende schijf luchtlager&#39;s luchttoevoer open staat en de drukmeter in de juiste werkbereik (60-80 psig). Duidelijk iets dat de schijf beweging zouden kunnen belemmeren en draai de schijf met de hand in beide richtingen 5 rotaties om te controleren op eventuele problemen met de schijf en lagers. </li><li> Schoon en veilig het samengeperste gas gesloten accumulator voor testvloeistof onder druk. Giet 3 kg testvloeistof in de vloeistof poort van de 1-gallon accumulator. </li><li> Sluit het gas poort van de accu aan de stikstof tank via een drukregelaar. Sluit de vloeistof haven van de accu naar de jet sproeikop. </li></ol></li><li> Opgezet controlesysteem en high-speed imaging systeem. <ol><li> Start de draaiende schijf besturingssoftware en VFD besturingssoftware.Positie twee high-speed cine camera&#39;s 35 cm afstand van het inslagpunt en het aanpassen van de hoge vergroting lenzen om het inslagpunt vast te leggen vanuit twee invalshoeken. </li><li> Pas de 150 W glasvezel-lichtbron om een gelijkmatig verlichte achtergrond voor de beste beeldkwaliteit (figuur 1) te bereiken. Zet de besturing op dit punt aan de camera aanpassing te vergemakkelijken. </li><li> Voer de self-check routine door te klikken op &#39;Self-check&#39; knop in de control software om te controleren of het systeem werkt zoals verwacht. </li></ol></li><li> Voer een jet impingement-test <ol><li> Stel de schijfsnelheid op de gewenste waarde met VFD besturingssoftware (500-3000 tpm). </li><li> Om een ​​test uit te voeren, start de geautomatiseerde experimentele sequentie uit de besturingssoftware door te klikken op de &#39;Test sequence&#39; knop. De software zal de optimale parameters automatisch bepalen en coördineren elke component van het systeem de dienovereenkomstig uitvoeren. </li><li> Sla de resulterende impingement testvideo (zie bijvoorbeeld het scherm schot in figuur 2). Lees en opnemen snijsnelheid, pistool weer druk en temperatuur van de besturingssoftware. NB: Na elke test, een schijf schoonmaken sequentiereeksen automatisch te spoelen en droog het schijfoppervlak. Herhaal de reinigingscyclus nodig totdat alle resten testvloeistof is verwijderd. WAARSCHUWING: Terwijl water en glycerine oplossing testvloeistoffen worden gereinigd met de reiniging sequentie, moeten andere LFMs worden gereinigd met organische oplosmiddelen zoals aceton. In dergelijke gevallen, de schoonmaak materiaal een doek in plaats van direct sproeien van de schijf. </li></ol></li><li> Data-Analyse <ol><li> Bereid een spreadsheet met informatie over elke testomstandigheid (bijv vloeistofeigenschappen, omgevingstemperatuur, oppervlakteruwheid, etc.). </li><li> Open de opgenomen jet impingement beelden met cine viewing software, spelen volledige video-opnamen bij normaleversnellen en te observeren jet impingement gedrag. </li><li> Record impingement gedragskenmerken (splash / spatten / depositie; zie figuur 3) in de voorbereide spreadsheet, inloggen ongebruikelijke trends die complicaties met de experimentele set-up kunnen wijzen. </li><li> Spaar testresultaten en omstandigheden in een spreadsheet. Record opmerkelijke bevindingen en ongewone voorvallen in testlogboek (bijv splash / depositie drempel punt, splash / depositie overgangen, enz.). Opslaan screenshots wanneer dat nodig is. </li><li> Gedrag beeldanalyse metingen en gegevens registreren. <ol><li> Start de pixel meetinstrument op het scherm. Open impingement afbeeldingen en kalibreren de schaal van de door het meten van een micro-heerser in de beelden met de pixel meetinstrument op het scherm (Figuur 4). </li><li> Maatregel dimensies van belang (bijvoorbeeld, lamellen spread breedte, W, en lamellen stuwpunt straal, R; zie Figuur 5) met de pixel meet tool op een punt waar de straal lijkt het meest stabiel in de video en registratiegegevens de gevulde spreadsheet zijn. Neem vervolgens een andere groep van metingen 100 beelden na de eerste groep metingen bevestigen dat zowel de straal en de lamel stabiel. Plotgegevens punten op een grafiek en vul de curve fitting. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. Air Cannon Device <ol><li> Identificeren gewenste testomstandigheden en materialen te bereiden zoals in stap 1.1 en stap 1.2. </li><li> Uittesten van <ol><li> De macht van het systeem-besturingssoftware. </li><li> Steek het projectiel in het kanon. Beweeg de stop-mechanisme dicht bij de afslag vat om het projectiel correct vast te leggen na een test (Figuur 6). </li><li> Open de onder druk staande gebouw luchtleiding die leidt tot de luchttank. Breng het reservoir tussen 30 psi en 70 psi, afhankelijk van de gewenste snelheid projectiel. 30 psi tankdruk geeft een projectiel snelheid van ongeveer 5m / sec, en 70 psi geeft een snelheid van ongeveer 25 m / sec. </li><li> Bereid de samengeperst gas gesloten accumulator voor testvloeistof onder druk. <ol><li> Giet 3 kg testvloeistof in de vloeistof poort van de accumulator. Sluit slang van de accumulator gasklep aan de vloeistof jet sproeikop, en stel de accumulator druk om tot 300 psig. </li></ol></li><li> Bevestig de camera naar de schaar aansluiting. Zet de schaar aansluiting om het platform gepositioneerd naast de jet sproeikop. </li><li> Bevestig de hoge intensiteit lichtbron naar het platform gepositioneerd tegenover de camera en achter de verspreiding vel. Controleer verlichting en camerapositioneringscommando met de videocamera bekijken functie van de software control interface en pas positionering nodig (figuur 7). </li><li> Zet op oorbeschermers voor de bescherming van de lucht kanon geluid ontploffing. </li><li> Ontgrendelen van het kanon bedieningspaneel en druk op de knop waarschuwing op het bedieningspaneel meerdere keren aan te gevenhet begin van een experiment. </li><li> Hit het bedieningspaneel knop die de elektromagnetische klep aansluiten van de luchttank met de lucht kanon vat geopend. </li><li> Nadat het apparaat is ontslagen en het projectiel veroverde, reinig het apparaat schoon met reinigingsvloeistof en een spons om resterende testvloeistof te verwijderen. Tenslotte wordt het botsoppervlak van het projectiel. </li></ol></li><li> Meet snelheid van het projectiel in de opgenomen high-speed video door meting van de hoeveelheid tijd die het projectiel een vast (10 cm) afstand af. Gegevens analyseren in stap 1.5. </li></ol>

<ol><li>Cotter, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Top+of+Rail+Friction+Control%3A+Reductions+in+Fuel+and+Greenhouse+Gas+Emissions%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Of+the+2005+Conference+of+the+International+Heavy+Haul+Association+%28Rio+de+Janeiro%29%22%5BJournal%5D)">Top of Rail Friction Control: Reductions in Fuel and Greenhouse Gas Emissions.</a> Proc. Of the 2005 Conference of the International Heavy Haul Association (Rio de Janeiro). , 327-334 (2005).</li>
<li>Eadie, D. T., Bovey, E., Kalousek, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+friction+control+in+effective+management+of+the+wheel%2Frail+interface%29%5BTitle%5D)+AND+%22Railway+Technical+Conference%22%5BJournal%5D)">The role of friction control in effective management of the wheel/rail interface).</a> Railway Technical Conference. , (2002).</li>
<li>Stock, R., Eadie, D. T., Elvidge, D., Oldknow, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influencing+rolling+contact+fatigue+through+top+of+rail+friction+modifier+application%E2%80%93A+full+scale+wheel%E2%80%93rail+test+rig+study%5BTitle%5D)+AND+%22Wear%22%5BJournal%5D)">Influencing rolling contact fatigue through top of rail friction modifier application–A full scale wheel–rail test rig study.</a> Wear. 271 (1), 134-142 (2011).</li>
<li>Eadie, D. T., Santoro, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Top-of-rail+friction+control+for+curve+noise+mitigation+and+corrugation+rate+reduction%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Sound+and+Vibration%22%5BJournal%5D)">Top-of-rail friction control for curve noise mitigation and corrugation rate reduction.</a> Journal of Sound and Vibration. 293 (3), 747-757 (2006).</li>
<li>Tomeoka, M., Kabe, N., Tanimoto, M., Miyauchi, E., Nakata, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Friction+control+between+wheel+and+rail+by+means+of+on-board+lubrication%5BTitle%5D)+AND+%22Wear%22%5BJournal%5D)">Friction control between wheel and rail by means of on-board lubrication.</a> Wear. 253 (1), 124-129 (2002).</li>
<li>Chiu-Webster, S., Lister, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+fall+of+a+viscous+thread+onto+a+moving+surface%3A+a+%E2%80%98fluid-mechanical+sewing+machine%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">The fall of a viscous thread onto a moving surface: a ‘fluid-mechanical sewing machine.</a> Journal of Fluid Mechanics. 569 (1), 124-129 (2006).</li>
<li>Hlod, A., Aarts, A. C. T., Van De Ven, A. A. F., Peletier, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mathematical+model+of+falling+of+a+viscous+jet+onto+a+moving+surface%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Applied+Mathematics%22%5BJournal%5D)">Mathematical model of falling of a viscous jet onto a moving surface.</a> European Journal of Applied Mathematics. 18 (06), 659-677 (2007).</li>
<li>Gradeck, M., Kouachi, A., Dani, A., Arnoult, D., Borean, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+and+numerical+study+of+the+hydraulic+jump+of+an+impinging+jet+on+a+moving+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Thermal+and+Fluid+Science%22%5BJournal%5D)">Experimental and numerical study of the hydraulic jump of an impinging jet on a moving surface.</a> Experimental Thermal and Fluid Science. 30 (3), 193-201 (2006).</li>
<li>Fujimoto, H., Suzuki, Y., Hama, T., Takuda, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flow+Characteristics+of+Circular+Liquid+Jet+Impinging+on+a+Moving+Surface+Covered+with+a+Water+Film%5BTitle%5D)+AND+%22ISIJ+international%22%5BJournal%5D)">Flow Characteristics of Circular Liquid Jet Impinging on a Moving Surface Covered with a Water Film.</a> ISIJ international. 51 (9), 1497-1505 (2011).</li>
<li>Keshavarz, B., Green, S. I., Davy, M. H., Eadie, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Newtonian+liquid+jet+impaction+on+a+high-speed+moving+surface%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Heat+and+Fluid+Flow%22%5BJournal%5D)">Newtonian liquid jet impaction on a high-speed moving surface.</a> International Journal of Heat and Fluid Flow. 32 (6), 1216-1225 (2011).</li>
<li>Keshavarz, B., Green, S. I., Eadie, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Elastic+liquid+jet+impaction+on+a+high+speed+moving+surface%5BTitle%5D)+AND+%22AIChE+Journal%22%5BJournal%5D)">Elastic liquid jet impaction on a high speed moving surface.</a> AIChE Journal. 58 (11), 3568-3577 (2012).</li>
<li>Moulson, J. B. T., Green, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+ambient+air+on+liquid+jet+impingement+on+a+moving+substrate%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Fluids%22%5BJournal%5D)">Effect of ambient air on liquid jet impingement on a moving substrate.</a> Physics of Fluids. 25 (10), 102106(2013).</li>
<li>Sterling, G. E. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+experimental+study+on+jet+impingement+on+a+very+high+speed+moving+surface%5BTitle%5D)+AND+%22UBC+M.A.Sc.+Thesis%22%5BJournal%5D)">An experimental study on jet impingement on a very high speed moving surface.</a> UBC M.A.Sc. Thesis. , (2012).</li>
<li>Povarov, O. A., Nazarov, O. I., Ignat'evskaya, L. A., Nikol'skii, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interaction+of+drops+with+boundary+layer+on+rotating+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Engineering+Physics+and+Thermophysics%22%5BJournal%5D)">Interaction of drops with boundary layer on rotating surfaces.</a> Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 31 (6), 1453-1456 (1976).</li>
<li>Fathi, S., Dickens, P., Fouchal, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regimes+of+droplet+train+impact+on+a+moving+surface+in+an+additive+manufacturing+process%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Processing+Technology%22%5BJournal%5D)">Regimes of droplet train impact on a moving surface in an additive manufacturing process.</a> Journal of Materials Processing Technology. 210 (3), 550-559 (2010).</li>
<li>Bird, J. C., Tsai, S. S., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inclined+to+splash%3A+triggering+and+inhibiting+a+splash+with+tangential+velocity%5BTitle%5D)+AND+%22New+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">Inclined to splash: triggering and inhibiting a splash with tangential velocity.</a> New Journal of Physics. 11 (6), 063017(2009).</li>
<li>Range, K., Feuillebois, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+surface+roughness+on+liquid+drop+impact%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Colloid+and+Interface+science%22%5BJournal%5D)">Influence of surface roughness on liquid drop impact.</a> Journal of Colloid and Interface science. 203 (1), 16-30 (1998).</li>
<li>Crooks, R., Boger, D. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+fluid+elasticity+on+drops+impacting+on+dry+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Rheology%22%5BJournal%5D)">Influence of fluid elasticity on drops impacting on dry surfaces.</a> Journal of Rheology. 44 (4), 973-996 (2000).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Het projectiel voor het luchtkanon set-up bestaat uit een lichtgewicht, houten basis. Hoewel het houten materiaal chips iets na talrijke tests is gebleken kinetische energie effectiever te absorberen dan projectielen samengesteld uit materialen zoals kunststof of metaal, die meestal breken bij impact het stopmechanisme. De afmetingen van de houten projectiel zijn ontworpen om nauw aan het stalen vat interieur, waardoor luchtlekkage beperkt. Een 1/8 &quot;dik rubber bevestigd tussen twee lagen multiplex is aan de achterk...

Dit onderzoek heeft als doel om strategieën te bepalen voor de toepassing van LFM (Liquid frictiemodificator) in vloeibare vorm jet op een bewegend oppervlak, terwijl het bereiken van een hoge mate van overdracht efficiëntie en uniforme afzetting resultaten. Het bereiken van dit doel het ontwikkelen van een beter begrip van de factoren die van invloed vloeistof jet botsen op bewegende oppervlakken. Het project is ingegeven door de noodzaak om de efficiëntie van de smering applicatie technieken die worden gebruikt in de spoorwegsector te verbeteren. Als een middel om het brandstofverbruik en de locomotief onderhoudskosten, een dunne film van wrijvingsmodificerend middel wordt nu toegepast op de bovenste rail oppervlak van conventionele spoorlijn. Recente studies hebben aangetoond dat de toepassing van één type waterbasis LFM voor de bovenkant van de spoorstaaf (TEM) wrijving controle verminderd energieverbruik met 6% en het spoor en wielflens dragen door meer dan 50% 1,2. Andere studies hebben aangetoond dat het toepassen van LFM om sporen te verminderens laterale kracht en het geluidsniveau, alsmede, nog belangrijker, spoor golving en schade door rolcontact vermoeidheid, dat is een belangrijke oorzaak van de ontsporingen 3,4. Deze resultaten werden verder bevestigd in veldproeven op de metro van Tokio 5. LFMs zijn momenteel vrijgesteld van luchtstroom verstuivers gehecht aan tientallen locomotieven in heel Canada en de Verenigde Staten. In deze vorm van de aanvraag, wordt LFM toegepast op de top van de spoorlijn door verstuivers onder bewegen treinwagons gemonteerd. Deze wijze van LFM applicatie is moeilijk uit te voeren op veel spoorweglocomotieven omdat de vereiste hoge volume en hoge druk luchttoevoer niveaus mogen niet haalbaar zijn. Luchtstraalapparatuur sproeiers worden ook verondersteld om zeer onregelmatige dekking spoor te produceren bij gebruik in een zijwind, zoals zijwind veroorzaken fijne nevel druppeltjes af te wijken van hun oorspronkelijke traject. Zijwind zijn ook bekend betrokken te zijn in mondstuk vervuiling, waarschijnlijk om dezelfdereden. Als gevolg van problemen in verband met lucht blast verstuivers, wordt de spoorwegsector momenteel op zoek naar alternatieve benaderingen van LFM toepassing op sporen. Een levensvatbare oplossing bestaat afgifte LFM via een continue (niet-verstoven) vloeistofstraal, vloeibare stralen zijn minder gevoelig voor effecten zijwind vanwege het lagere slepen naar traagheidsverhouding. Bovendien, omdat de hoge luchtdruk en volume nodig voor verstuivers niet nodig zijn in vloeibare waterstraal technologieën, de laatste daad als meer gestroomlijnde en robuuste spuiten mechanismen die effectieve controle over de snelheid van LFM applicatie te behouden. Een gebied van soortgelijke natuurkunde, druppel impingement, is intensief bestudeerd. Het werd gevonden door diverse onderzoekers dat druppel botsing op een bewegend droge glad oppervlak, spatten gedrag is afhankelijk van vele parameters zoals viscositeit, dichtheid, oppervlaktespanning en de normale component van de botssnelheid 14,15. Vogel <em&gt; et al. toonden aan dat zowel de normale en tangentiële snelheden waren van cruciaal belang 16. Range et al. En Crooks et al. Hebben aangetoond dat voor druppel botsing op een stationaire droge ondergrond, ruwheid van het oppervlak vermindert de splash drempel aanzienlijk (dat wil zeggen, het maakt de druppel meer vatbaar voor spatten) 17,18. Ondanks zijn praktisch belang, heeft jet botsen op bewegende oppervlakken weinig aandacht gekregen in de wetenschappelijke literatuur. Chiu-Webster en Lister voerde een uitgebreide reeks experimenten die permanente en niet viskeuze jet botsing onderzocht op een bewegend oppervlak, en de auteurs ontwikkelde een model voor de gestage stroom geval 6. Hlod et al. Gemodelleerd de stroom via een derde-orde ODE op een domein van onbekende lengte kleiner dan een extra integraal toestand en vergeleken voorspelde configuraties met experimentele resultaten 7. De Reynoldsgetallen onderzochtIn beide studies zijn veel lager dan in geval van typische spoorweg LFM toepassingen. Gradeck et al., Numeriek en experimenteel onderzoek op het gebied stroming van het water jet botsen op een bewegende ondergrond onder verschillende straalsnelheid, oppervlakte snelheid en voorwaarden nozzle diameter 8. Fujimoto et al. Onderzochten bovendien stroomeigenschappen van een cirkelvormige waterstraal botst op een bewegend substraat bedekt met een dunne waterfilm 9. Echter, deze twee projecten gebruikt relatief grote nozzle diameters en onderkant en jet snelheden in vergelijking met degenen die in het huidige werk. Bovendien, hoewel eerdere experimenten, numerieke en analytische studies een grote hoeveelheid gegevens, de meeste zijn gericht op warmteoverdracht parameters in plaats van vloeistofstroom processen zoals jet spatten gedrag. De experimentele methode die in het huidige onderzoek draagt ​​zo bij aan vloeibare jet toepassing technologieën door rebeboeten dergelijke technieken onder omstandigheden waarbij kleinere jet nozzle diameters en high-speed jet en het oppervlak snelheden. De huidige methode verfijnt ook kennis over fundamentele stromingsleer problemen in verband met bewegende contact lijnen. De bovengenoemde studies hebben doorgaans betrekking op de interactie van een lage snelheid straal met een lage snelheid bewegend oppervlak. Er zijn relatief weinig studies van laminaire hoge snelheid jet botsing geweest op hoge snelheid bewegende oppervlakken. Bij hoge snelheid vloeistofstraal impactie verspreidt de straal vloeistof radiaal in de nabijheid van de botsing plaats, vormen van een dunne lamel. Deze lamel wordt vervolgens stroomafwaarts convectie door de viskeuze forceren opgelegd door het bewegend oppervlak, waardoor een karakteristiek U-vormige lamellen. Keshavarz et al. Hebben gerapporteerd over experimenten in dienst Newtoniaanse en elastisch vloeistofstralen botst op hoge snelheid oppervlakken. Ze geclassificeerd impingement processen in twee verschillende types: &quot;depositie &amp;# 8221; en &quot;splash&quot; 10. Voor impingement worden ingedeeld als depositie moet de straal vloeistof hechten aan het oppervlak, terwijl splash gekenmerkt door een vloeistof lamel die scheidt van het oppervlak, en vervolgens breekt in druppels. Een derde regime impingement is ook beschreven - &quot;splatter&quot;. Hierin betrekkelijk zeldzaam, regime de lamellen bevestigd blijft aan het oppervlak, als voor &quot;depositie&quot;, maar fijne druppeltjes worden uitgestoten bij bovenrand van de lamel. In een volgende studie van niet-Newtoniaanse vloeistof effecten, Keshavarz et al. Concludeerden dat de splash / depositie drempel voornamelijk wordt bepaald door de Reynolds en Deborah nummers, terwijl de jet impingement hoek en straalsnelheid om velocity ratio oppervlakte hebben slechts een gering effect 11 . In experimenten uitgevoerd onder variabele druk van de omgeving lucht, Moulson et al. Ontdekten dat de splash / depositie drempel Reynoldsgetal dramatischtoeneemt bij afnemende omgevingsluchtdruk (dwz hogere druk ambient maken jets meer kans op spatten) met minder lucht druk beneden een bepaalde drempel onderdrukt splash volledig 12. Deze bevinding suggereert sterk dat de aërodynamische krachten die op de lamel een cruciale rol spelen bij het ontstaan ​​van lamellen lift-off en de daaropvolgende splash. In recent werk op hoge snelheid botsen op een high-speed substraat, Sterling bleek dat voor substraat snelheid en jet voorwaarden dicht bij de splash drempel, splash kan worden veroorzaakt door een zeer kleine lokale ruwheid van het oppervlak en kleine jet wankel. Hij toonde ook aan dat onder deze omstandigheden lamellen lift-off en herbevestiging is een stochastisch proces 13. Het experimentele protocol beschreven kunnen worden gebruikt om andere fysische situaties van interactie van een fluïdum met een hoge snelheid bewegend oppervlak te bestuderen. Zo kan dezelfde benadering worden gebruikt om de helikopter blad studerene-vortex interactie (mits de vortex vloeistof werd gekleurd met tracer deeltjes) en robotica spuiten van oppervlakken.

<table><tbody><tr><td colspan="4">Uitrusting voor Air Cannon-installatie</td></tr><tr><td>30-gallon luchttank</td><td>Steel Fab</td><td>A10028</td><td></td></tr><tr><td>Solenoïde gestuurd poppetklep</td><td>Parker Hannifin Corp.</td><td>#16F24C2164A3F4C80</td><td></td></tr><tr><td>1,5" NPT rubberslang</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vierkante stalen buis</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stopmechanisme</td><td>Aangepast</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Roestvrij stalen platen</td><td>Aangepast</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Houten projectiel</td><td>Aangepast</td><td></td><td></td></tr><tr><td>1 kW hoogintensiteit gloeilamp</td><td>Photographic Analysis Ltd.</td><td>T986851</td><td></td></tr><tr><td>Lichtdiffuserende plaat</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Optische sensor</td><td>BANNER</td><td>SM312LV</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Uitrusting voor Draaischijf-installatie</td></tr><tr><td>Motor</td><td>WEG</td><td>TEFC-W22</td><td></td></tr><tr><td>Lageringen</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Schijf</td><td>Aangepast</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vezeloptische lichtbron</td><td>Fiberoptics Technology Incorporated</td><td>MO150AC</td><td></td></tr><tr><td>Hoge intensiteit LED-array</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>Onderbreker</td><td>Aangepast</td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Gedeelde uitrusting voor beide apparaten</td></tr><tr><td>Phantom v611 hogesnelheidscinecamera</td><td>Vision Research Inc.</td><td>V611</td><td></td></tr><tr><td>Phantom v12 hogesnelheidscinecamera</td><td>Vision Research Inc.</td><td>V12</td><td></td></tr><tr><td>Zoom 7000 lens</td><td>Navitar Inc.</td><td>Zoom 7000</td><td></td></tr><tr><td>Zoom 6000 lens</td><td>Navitar Inc.</td><td>Zoom 6000</td><td></td></tr><tr><td>Gecomprimeerde stikstoftank</td><td>Praxair Technology, Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Drukregelaar</td><td>Praxair Technology, Inc.</td><td>PRS20124351CGA</td><td></td></tr><tr><td>Slang voor gecomprimeerde stikstof</td><td>Swagelok Company</td><td>SS-CT8SL8SL8-12</td><td></td></tr><tr><td>Slang voor vloeistof</td><td>Swagelok Company</td><td>SS-7R8TA8TA8</td><td></td></tr><tr><td>Accumulator</td><td>Accumulators, Inc.</td><td>A131003XS</td><td></td></tr><tr><td>Solenoïdeklep</td><td>Solenoid Solutions Inc.</td><td>2223X-A440-00</td><td></td></tr><tr><td>Druktransducer</td><td>WIKA Instruments Ltd</td><td>#50398083</td><td></td></tr><tr><td>Tussenstukassemblage</td><td>Aangepast</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Glycerine</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Poly(ethyleenoxide)</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

visualisatie van high speed ​​liquid jet impactie op een bewegend oppervlak

Visualization of High Speed Liquid Jet Impaction on a Moving Surface

Twee inrichtingen voor de behandeling vloeistofstraal botsen op een hoge snelheid bewegend oppervlak worden beschreven: een luchtkanon inrichting (voor de behandeling omtreksnelheden tussen 0 en 25 m / sec) en een draaiende schijf inrichting (voor het onderzoeken oppervlak snelheden tussen 15 en 100 m / sec). De lucht kanon lineaire traverse is een pneumatische energie aangedreven systeem dat is ontworpen om een ​​metalen rail oppervlak gemonteerd op de top van een houten projectiel versnellen. Een onder druk cilinder voorzien van een elektromagnetische klep snel vrijgeeft perslucht in het vat, waardoor het projectiel naar beneden het kanon vat. Het projectiel reist onder een sproeikop, die een vloeistof jet botst op zijn metalen bovenkant, en het projectiel dan raakt een stoppen-mechanisme. Een camera registreert de straal impingement en een drukomzetter registreert de sproeikop tegendruk. De draaiende schijf set-up bestaat uit een stalen schijf die met een snelheid van 500 tot 3000 tpm bereikt via een frequentieregelaar (VFD) motor. Een spray systeem siMilar die van de lucht kanon genereert een vloeistofstraal die botst op de draaiende schijf en camera geplaatst op verschillende optische toegangspunten noteer jet impingement. Video-opnames van jet impingement processen worden geregistreerd en onderzocht om te bepalen of de uitkomst van impingement is plons, ploeter, of afzetting. De apparaten zijn de eerste die de hoge snelheid botsing van lage Reynolds-getal vloeistofstralen op hoge snelheid bewegende oppervlakken te betrekken. Naast de spoorwegindustrie toepassingen kunnen de beschreven techniek worden gebruikt voor technische en industriële doeleinden, zoals staalproductie en kunnen met hoge snelheid 3D printing relevant zijn.

<html> Zoals besproken in de inleiding, de drie belangrijkste gedragingen in verband met vloeibare jet impingement zijn afzetting, ploeteren en splash. Deze jet impingement gedragingen worden waargenomen met behulp van video-gegevens opgenomen met hoge snelheid cine camera&#39;s geplaatst op verschillende optische punten. Voorbeelden van stilstaande beelden, verkregen uit de video-opnamen, waarin de drie vloeistofstraal resultaten afgebeeld zijn in figuur 3. Figuur 3A toont vloeistofstraal afzetting, waa...

Twee experimentele apparaten voor het onderzoeken van vloeibare straalophanging op een snel bewegend oppervlak worden beschreven: een luchtkanonapparaat en een roterend schijfapparaat. De apparaten worden gebruikt om optimale benaderingen te bepalen voor het aanbrengen van vloeibare wrijvingsmodifier (LFM) op spoorrails voor wrijvingscontrole bovenop de rail.

Visualisatie van High Speed ​​Liquid Jet Impactie op een bewegend oppervlak

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

Het algemene doel van het volgende experiment is om de impact van een vloeistofstraal met een vrij oppervlak op oppervlakken die met hoge snelheid bewegen te bestuderen. Dit wordt bereikt met behulp van twee verschillende opstellingen. De eerste is een draaiende schijf met een topsnelheid van 100 meters per seconde, waarop een spuitmond een vloeistofstraal spuit.Videocamera's leggen de impact van de vloeistof op het oppervlak vast voor latere analyse. Het tweede apparaat is een railgun aangedreven door perslucht, die in staat is een projectiel af te vuren met een snelheid tot 25 meters per seconde. Het projectiel passeert een opening waardoor een dunne vloeistofstroom wordt geperst.Een camera legt videobeelden vast voor analyse van de impact. Vervolgens wordt de video geanalyseerd en worden de impact van het jet-oppervlak gekarakteriseerd en gekwantificeerd. De resultaten tonen aan dat er drie verschillende typen impactgedrag zijn en dat de overgangen tussen deze gedragingen afhangen van verschillende variabelen.Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van enkele kernvragen op het gebied van de vloeistofmechanica van vrije oppervlakken, specifiek met betrekking tot de spredingskenmerken van een lekkage aan een vrij oppervlak bij impact op een bewegend oppervlak. Het kan ook worden gebruikt om de vloeistofmechanica van bewegende contactlijnen te bestuderen. Deze video begint bij de roterende schijfapparatuur nadat het testvloeistof is voorbereid.Dit schema geeft een overzicht van het systeem. Een schijf wordt aangedreven door een elektromotor met een frequentiegeregelde aandrijving. Een sproeier is zo gepositioneerd dat er een straal testvloeistof op het schijfoppervlak wordt gespoten. Camera's.Registreer de interactie van het vloeistofoppervlak. Begin de controle van de apparatuur door eerst te controleren of de luchtoevoerklep voor het luchtlager openstaat. De manometer moet een waarde aangeven in het bereik van 60 tot 80 PSI relatieve druk.Verwijder vervolgens alles wat de beweging van de schijf kan belemmeren en draai aan de schijf. Voer meerdere rotaties in elke richting uit om te controleren op eventuele problemen. Ga daarna verder met het werken aan het systeem voor de testvloeistof.Zet de persgasaccumulator die wordt gebruikt voor de onderdrukking van de testvloeistof vast en stabiliseer deze. Wanneer u klaar bent, brengt u drie kilogram testvloeistof, of de vloeistof, aan in de vloeistofpoort van de accumulator terwijl de vloeistof op zijn plaats is. Maak eerst de nodige verbindingen.Verbind de gaspoort van de accumulator via een drukregelaar met een stikstoftank. Verbind vervolgens de vloeistofpoort van de accumulator met de straalspuitmond. Start daarna de besturingssoftware voor de schijf en de aandrijving en controleer de twee moviecamera's.Elk is voorzien van een lens met een hoge vergroting en is op 35 centimeter van het punt van jet-impact geplaatst, waarbij elk een ander aanzicht vastlegt. Positioneer een glasvezellichtbron van 150 watt om een gelijkmatig verlichte achtergrond te verkrijgen, waarna de testen kunnen beginnen zodra alle systeemcomponenten gereed zijn.Gebruik de controller van de frequentieregeling om de schijfsnelheid op de gewenste waarde in te stellen. In dit geval ongeveer 1000 RPM in de aansturingssoftware. Klik op de knop voor de testsequentie om de geautomatiseerde test te starten.Tijdens de test bepaalt de software de optimale parameters. De oppervlakkesnelheid, de tegendruk van de spuitmond en de temperatuur worden gemonitord, en de camera's worden geactiveerd zodra de test is voltooid. Sla de video en andere gegevens op; experimenten kunnen ook worden uitgevoerd met een luchtkannon.Het luchtkannon bestaat uit een stalen loop, die onder druk wordt gezet door een luchttank. Het projectiel is gemaakt van hout met een metalen bovenoppervlak waarop de vloeistofstraal zal inslaan. Een spuitmond boven de loop zorgt voor de vloeistofstraal.Neem nu drie kilogram van de bereide testvloeistof en giet deze in de vloeistofpoort van de accumulator. Sluit vervolgens de vloeistofpoort van de accumulator aan op de straalsproeier en verbind de slang van de gaspoort van de accumulator met een stikstofcilinder. Open de drukregelaar.Voltooi de vloeistofbereiding door de accumulatordruk op ongeveer 40 PSI in te stellen. Zet voor deze video de controller-software aan. Pak vervolgens het projectiel en voer dit in de loop van het kanon in.Verplaats het stopmechanisme naar de uitgang van de loop. Open vervolgens de onder druk staande luchtleiding die naar de luchttank leidt. Zet de tank onder druk in het bereik van 30 tot 70 PSI om de gewenste projectielsnelheid te verkrijgen.Controleer op dit punt de opstelling voor de videovastlegging. Plaats een hogesnelheidscamera naast de straalspuitmond en breng een diffusievel over de loop van het luchtpistool aan, aan de zijde van de camera. Bevestig een intensieve glasvezellamp om door de diffuser te schijnen en zo de inslagplaats te verlichten.Zodra alles op zijn plaats staat, brengt u air moss aan ter bescherming tegen de blast van de luchtkannon. Ga naar het bedieningspaneel van de kanon en druk op de waarschuwingsknop om het begin van een experiment te signaleren. Druk op de knop van het bedieningspaneel van het luchtwapen om het projectiel af te vuren en het automatische besturingssysteem van de luchtkannon en elke component van de apparatus te coördineren.Gebruik om de test voor data-analyse te voltooien een computer die is uitgerust met software voor het bekijken van de hogesnelheidsopnames voor een gegeven testconditie. Speel de video van de impingement af op normale snelheid om het gedrag van de jet waar te nemen en te registreren. Identificeer na het kalibreren van de beeldschaal een interval in de video.Wanneer de straal het meest stabiel lijkt, begint u met het meten en registreren van de relevante dimensies vanaf het impactpunt. In dit geval wordt de software gebruikt om de straal van het stagnatiepunt van de lamella te bepalen. Voltooi de meting van alle dimensies voordat u verdergaat.Ga vervolgens 100 frames in de beelden verder. Herhaal de metingen om te bevestigen dat de straal en de lamella stabiel zijn. Er zijn drie hoofdgedragingen geassocieerd met de inslag van een vloeistofstraal op bewegende oppervlakken: depositie, spatten en plonsen.Deze voorbeeldbeelden zijn verkregen uit video-opnamen tijdens experimenten waarbij de straal in een rechte, gelijkmatige stroom naar het oppervlak vloeide. Bij depositie hecht de straal zich aan het oppervlak en blijft op het oppervlak. Gedurende de rest van het experiment treden spatten en plonsen op wanneer de vloeistofstraal slechts gedeeltelijk hecht aan het inslagoppervlak.De overgang tussen depositiegedrag en spatten of opspatten is een functie van vele variabelen, waaronder de straaldiameter, de snelheid van de straal en het oppervlak, de viscositeit van de straal, de omgevingsluchtdruk en zelfs de ruwheid van het oppervlak. In deze video is bijvoorbeeld te zien dat er depositie optreedt wanneer de straal het eerste oppervlak met een ruwheid van 510 nanometers en een tweede oppervlak met een ruwheid van 160 nanometers raakt. Daarentegen treedt er opspatten op wanneer de straal een derde oppervlak met een ruwheid van 16 nanometers raakt.De impact van een vloeistofstraal op een bewegend substraat is fysiek zeer complex. De opstelling in deze video maakt het mogelijk om straalimpact op een gecontroleerde wetenschappelijke manier te bestuderen.

visualization-of-high-speed-liquid-jet-impaction-on-a-moving-surface

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Een procedure voor het bestuderen van voorbijgaande stromen dichtbij grenzen met behulp van hoge-resolutie, high-speed particle image velocimetry (PIV) wordt hier beschreven. PIV is een niet-opdringerige meettechniek toepasbaar op elk optisch toegankelijke stroom door het optimaliseren van verschillende parameters beperkingen, zoals het beeld en de opname-eigenschappen, de laser blad eigenschappen en analyse algoritmes.

High-speed stromingsvisualisatie Dichtbij Surfaces

Drop impact van niet-Newtoniaanse vloeistoffen is een complex proces aangezien verschillende fysische parameters beïnvloeden de dynamiek gedurende een zeer korte tijd (minder dan een tiende van een milliseconde). Een snelle beeldvormende techniek is geïntroduceerd om het effect gedrag van verschillende niet-Newtonse vloeistoffen karakteriseren.

Snelle beeldvormende techniek om te studeren Drop Impact Dynamiek van niet-Newtoniaanse vloeistoffen

Een drie-dimensionale particle-tracking velocimetry (3D-PTV) systeem op basis van een high-speed camera met een vier-view splitter wordt hier beschreven. De techniek is toegepast op een straalstroom van een ringleiding in de nabijheid van tien diameters stroomafwaarts ten Reynoldsgetal Re ≈ 7000.

Driedimensionale Particle Tracking Velocimetry voor Turbulence Applications: Case van een Jet Flow

Een protocol bij het bestuderen van de bijdragen van de golven voor druppel effect dynamiek op stromende vloeistof films wordt gepresenteerd.

Controle van de film te bestuderen van de bijdragen van golven te druppel effect dynamiek op dunne stroomt vloeistof Films

Dit protocol blijkt de experimentele basisconfiguratie voor water binnenkomst experimenten met crashende bollen. Methoden voor het ombouwen van vloeistofoppervlak met stoffen penetrable, de voorbereiding van chemisch niet-bevochtiging bollen en stappen voor splash-visualisatie en data-extractie worden besproken.

Effecten van crashende bollen op een diep vloeibare zwembad met gewijzigde vloeistof en botslichaam oppervlakte voorwaarden

Dit protocol maakt het mogelijk om experimentele high-speed beelden van vloeibare druppeleffecten en een snelle analyse van deze gegevens in batches efficiënt te verzamelen. Om deze processen te stroomlijnen, beschrijft de methode hoe u apparaten kalibreert en instelt, een geschikte gegevensstructuur genereert en een script voor beeldanalyse implementeert.

Hoge doorvoeranalyse van effecten op vloeibare druppeleffecten

Dit protocol presenteert de werking en principes van cilindrische en planaire cryogene vloeistofstralen op micronschaal. Tot nu toe werd dit systeem gebruikt als een doelwit met een hoge herhalingsfrequentie in laser-plasma-experimenten. Verwachte multidisciplinaire toepassingen variëren van laboratoriumastrofysica tot materiaalkunde en uiteindelijk deeltjesversnellers van de volgende generatie.

Cryogene vloeistofstralen voor ontdekkingswetenschap met hoge herhalingssnelheid

Deze video beschrijft de fundamenten van digitale frinselprojectietechnieken, die dichte 3D-metingen van dynamisch veranderende oppervlakken leveren. Het demonstreert ook het ontwerp en de werking van een hogesnelheids binair defocusing systeem gebaseerd op deze technieken.

Hoog-resolutie, hoge-snelheid, driedimensionale videobeeldvorming met digitale franjeprojectietechnieken

We rapporteren op een werkwijze in situ verandering van HF behandelde Si (001) oppervlak in een hydrofiel of hydrofoob toestand door bestralen monsters microfluïdische kamers gevuld met H 2 O 2 / H2O-oplossing (0,01% -0,5%) en methanol oplossingen met behulp van UV-gepulste laser van een relatief lage hartslag Fluence.

Selectieve Area Wijziging van Silicon Surface Bevochtigbaarheid door Pulsed UV Laser bestraling in Liquid Milieu

Beschrijven we de bouw van een snelle continuous-wave-gestimuleerd-Brillouin-verstrooiing (CW-SBS) spectrometer. De spectrometer heeft één-frequentie-diodelasers en een atomaire damp inkeping-filter te verwerven transmissie spectra van troebel/niet-troebel monsters met hoge spectrale resolutie bij snelheden tot 100-fold sneller dan die van bestaande CW-SBS spectrometers. Deze verbetering maakt een snelle Brillouin materiële analyse.<br...

High-Speed Continuous-wave gestimuleerd Brillouin verstrooiing Spectrometer voor materiaal analyse

Leer de impact van vrije-oppervlakte vloeistofstralen op snelbewegende oppervlakken met een draaiende schijf en een luchtkanon. Deze methode optimaliseert wrijfingscontrole op spoorwegen.

Visualisatie van High Speed ​​Liquid Jet Impactie op een bewegend oppervlak

Meer video's verkennen

Visualisatie van High Speed Liquid Jet Impactie op een bewegend oppervlak