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

Dit protocol toont water injecteren experimenten met vrije val bollen. De afwisselingen van vloeibare oppervlakken met doorgedrongen stoffen, de voorbereiding van chemische stoffen in opkomende sferen, spatvisualisatie en gegevensextractie worden besproken. Deze technieken geven inzicht in fundamenteel vloeistofdynamicaonderzoek gericht op het begrijpen van interfaciale interacties tussen vaste objecten en vloeibare lichamen.

Het aantonen van de procedure zal Joshua Bom en Jeremy Stephen, undergraduate studenten uit Alberta. Draag tijdens deze procedure nitrilhandschoenen van industriële kwaliteit om te voorkomen dat het water en de botsers met huidoliën worden besmet. Om te beginnen grondig schoon transparante tank met kraanwater en wasmiddel.

Vul het vervolgens met een 32 liter kraanwater. Reinig twee metrische linialen met 99% isopropylalcohol en laat ze een minuut drogen. Monteer een liniaal naar de voorkant van de tank met de basis alleen het aanraken van het water.

Bevestig de tweede liniaal verticaal onder water. Beveilig vervolgens een scharnierend platform over de tank, zodat het platform zich binnen hetzelfde dieptevlak bevindt als de bovenwaterliniaal ten opzichte van de voorkant van de tank. Pas het platform aan op de maximaal gewenste valhoogte en bevestig vervolgens een multi-LED-lampje aan een articulerende arm en plaats het licht boven en voor de tank om de spatzone onder het platform volledig te verlichten.

Stel een zwart scherm aan de achterkant van de tank in om te helpen bij spat- en spouwvisualisatie. Leg een schone olievrije schokdemper zoals een gesloten celspons aan de onderkant van de tank en houd deze op zijn plaats met schone gewichten. Monteer vervolgens een hoge snelheidscamera die naar de tank gericht is in lijn met het oppervlak van de vloeistof.

Sluit indien gewenst een triggerschakelaar aan op de camera. Sluit de camera aan op een computer en configureer de camera voor een framesnelheid van ten minste 1.000 frames per seconde. Kies de gewenste resolutie en stel de sluitertijd in op één per ingelijste seconde.

Stel indien van toepassing de triggermodus in op Beëindigen. Maak vervolgens een kleine schep en polyoxide methanolbollen met 99% isopropylalcohol schoon om huidoliën en andere verontreinigingen te verwijderen. Laat de bollen en schep een minuut drogen.

Testproeven vooraf en pas de camerapositie, focus en resolutie aan om de optimale visualisatiekwaliteit voor het splash-evenement te bereiken. Haal vervolgens de bollen met een schep en reinig de bollen en schep met isopropylalcohol. Wanneer klaar om te beginnen met het experiment beginnen met het filmen van de tank.

Til het scharnierplatform op zijn plaats en laat een schone droge bol op het platform rusten. Laat de basis van het platform los om de bol in de tank te laten vallen. Stop vervolgens met filmen, sla het videobestand op en knip de video bij om alleen het spatevenement weer te geven.

Wanneer klaar om door te gaan naar de volgende test haal de bol met de schep. Reinig de bol met isopropylalcohol en laat deze een minuut drogen voordat u de test herhaalt. Wanneer het experiment klaar is leeg de tank en laat het drogen.

Om penetrable stoffen voor te bereiden voor de test scheiden de gewenste stoffen in vierkante of ronde lagen en gebruik Vernier remklauwen om de gecomprimeerde dikte van de droge stof te meten. Bij het opzetten van het experiment monteren een tweede hoge snelheidscamera over de tank om een top down view van de bol die de stof beïnvloeden. Sluit de horizontale camera-uitgangen aan op de invoerterminals voor de bovenliggende camera met BNC-kabels.

Sluit een triggerschakelaar aan op de horizontale camera. Gebruik vervolgens Ethernet-kabels om beide camera's aan te sluiten op een offline router die is aangesloten op de cameracomputer. Focus en configureer beide camera's zoals gewoonlijk.

Wanneer het experiment klaar is om het experiment te voorvormen, laat de droge stof voorzichtig rusten op het oppervlak van de vloeistof in de tank. Verzeker dat de stof niet begint te zinken voordat de proef begint. Gebruik een schone, olievrije schep om de stof onder het scharnierende platform te plaatsen.

Gebruik de triggerswitch om de spatzone met beide camera's gelijktijdig te filmen voordat u de botsing instelt. Verwijder de stof onmiddellijk na de botsing. Als de stof fragmenten op de impact en de schaafwonden kan niet handmatig worden verzameld leeg en schoon de tank na elke proef om ervoor te zorgen dat alle stof wordt verwijderd.

Om te beginnen met de voorbereiding van chemisch hydrofobe bollen passen een polyoxide menthol bol in een acrylhouder. Positioneringsbollen voor een oppervlaktecoating is het moeilijkste aspect van dit protocol. Positionering wordt gecontroleerd met laaglaagf acryl platen die gaten iets breder dan de bollen hebben.

Spray de bol met een hydrofobe basislaag van ongeveer 15 tot 30 centimeter afstand zonder het oppervlak van de bol te weken. Vervolgens spuit je de bol met de hydrofobe toplaag van ongeveer 15 tot 30 centimeter afstand zonder het oppervlak te weken en laat het een tot twee minuten drogen. Breng nog twee of drie topcoatings aan op dezelfde manier.

Laat de bol 30 minuten drogen voor licht gebruik of ongeveer 12 uur voor volledig gebruik. Bij het voorvormen van botsproeven laat de bol volledig drogen na elke proef in plaats van het spoelen met isopropylalcohol. De hydrofobe coating zal degraderen na ongeveer 20 proeven.

Om deze bol te hergebruiken verwijder de coating met 99% isopropylalcohol en past u de basis- en toplaagen opnieuw toe zoals eerder beschreven. Om te beginnen met de analyse importeren van een hoge snelheid video van splash evenement in een video-analyse software. Gebruik de schalengereedschappen om de schaalwaarde in centimeters in te stellen op basis van het zichtbare gebied van de liniaal.

Ga door de video om een geschikt frame te vinden dat splash crown ascension en luchtuitsluiting laat zien. Meet de spatkroonhoogte, de spouwbreedte en de holtediepte. Gebruik het hoekmeetgereedschap om de scheidingshoek te bepalen.

Ga verder in de video om een geschikt frame te vinden dat Worthington Jet-formatie laat zien en meet de Worthington Jet-hoogte. Ten slotte gebruikt u de functie voor automatisch bijhouden om de tijdelijke positie en de snelheidsdatum voor het botslichaam te extraheren. Als tracking wordt onderbroken, gebruikt u handmatige tracking totdat de automatische tracking kan worden hervat.

Hier werd deze procedure gebruikt om de effecten van stof op spatten van verticale effecten te evalueren. De spathoogte met één laag werd versterkt ten opzichte van de spathoogte zonder stof. De spathoogte met twee lagen was ongeveer gelijk aan de spathoogte zonder stof.

Het spetteren was zwaar verzwakt met drie en vier lagen. Minimale variatie werd waargenomen over Weber nummers voor holte diepte, splash grond hoogte, en holte breedte van bollen die een enkele laag stof. De bollen verticale posities werden bijgehouden onderwater waardoor de observatie van een grotere daling van de onderwatersnelheid met elke toegevoegde laag stof.

Onderzoekers moeten tijdens het experiment veel aandacht besteden aan het behoud van sanitaire experimentele omstandigheden om consistente en geldige resultaten te verkrijgen. Deze techniek is niet beperkt tot de hier gepresenteerde materialen en kan worden onderneming met materialen van soortgelijke functionaliteiten en mogelijkheden. Met de introductie van een verhoogd reservoir, zoals een spuit, kan deze procedure worden verhoogd voor onderzoek van de verticale effecten van vloeibare druppels op vaste of vloeibare oppervlakken.

Dit protocol kan ook op grotere schaal worden voorgevormd tot generieke grotere impactsnelheden en een toename van dimensieloze parameters die allemaal goed gaan voor een marine- en industriële toepassingen.