Wizualna charakterystyka początkowego ruchu cząstek w regularnych podłożach: od warunków laminarnych do turbulentnych

José R. Agudo; Jiwon Han; Jinyoung Park; Sinyoung Kwon; Soebiakto Loekman; Giovanni Luzi; Christoph Linderberger; Antonio Delgado; Andreas Wierschem

doi:10.3791/57238

Method Article

Wizualna charakterystyka początkowego ruchu cząstek w regularnych podłożach: od warunków laminarnych do turbulentnych

DOI:

10.3791/57238

⸱

February 22nd, 2018

José R. Agudo¹ , Jiwon Han¹ , Jinyoung Park¹ , Sinyoung Kwon¹ , Soebiakto Loekman² , Giovanni Luzi¹ , Christoph Linderberger³ , Antonio Delgado¹^,⁴ , Andreas Wierschem⁴

¹Institute of Fluid Mechanics, FAU Busan Campus, University of Erlangen-Nuremberg, ²Institute of Chemical Reaction Engineering, FAU Busan Campus, University of Erlangen-Nuremberg, ³Institute of Bioprocess Engineering, FAU Busan Campus, University of Erlangen-Nuremberg, ⁴Institute of Fluid Mechanics, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Prezentowane są dwie różne metody charakteryzowania początkowego ruchu cząstek pojedynczego koralika jako funkcji geometrii złoża osadu od przepływu laminarnego do turbulentnego.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Przedstawiono dwie różne eksperymentalne metody określania progu ruchu cząstek jako funkcji właściwości geometrycznych złoża od warunków przepływu laminarnego do turbulentnego. W tym celu bada się początkowy ruch pojedynczego koralika na regularnych podłożach, które składają się z monowarstwy stałych kul o jednolitym rozmiarze, które są regularnie ułożone w symetrie trójkątnym i kwadratowym. Próg jest scharakteryzowany przez krytyczną liczbę tarcz. Kryterium początku ruchu definiuje się jako przemieszczenie z pierwotnego położenia równowagi do sąsiedniego. Przemieszczenie i tryb ruchu są identyfikowane za pomocą systemu obrazowania. Przepływ laminarny jest indukowany za pomocą reometru rotacyjnego z równoległą konfiguracją dysku. Liczba Reynoldsa przy ścinaniu pozostaje poniżej 1. Przepływ turbulentny jest indukowany w tunelu aerodynamicznym o niskiej prędkości z otwartą sekcją testową strumienia. Prędkość powietrza jest regulowana za pomocą przetwornicy częstotliwości na wentylatorze dmuchawy. Profil prędkości jest mierzony za pomocą sondy z gorącym drutem podłączonej do anemometru z gorącym filmem. Liczba Reynoldsa przy ścinaniu waha się od 40 do 150. Logarytmiczne prawo prędkości i zmodyfikowane prawo ściany przedstawione przez Rottę są wykorzystywane do wnioskowania o prędkości ścinania na podstawie danych eksperymentalnych. To ostatnie jest szczególnie interesujące, gdy ruchoma stopka jest częściowo narażona na przepływ turbulentny w tzw. hydraulicznie przejściowym reżimie przepływu. Naprężenie ścinające jest szacowane na początku ruchu. Niektóre wyniki ilustracyjne pokazujące silny wpływ kąta usypienia i narażenia ściegu na przepływ ścinający są reprezentowane w obu reżimach.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Początkowy ruch cząstek występuje w szerokim zakresie procesów przemysłowych i naturalnych. Przykłady środowiskowe obejmują między innymi początkowy proces transportu osadów w rzekach i oceanach, erozję dna lub powstawanie wydm ¹^,²^,³. Transport pneumatyczny⁴, usuwanie zanieczyszczeń lub czyszczenie powierzchni⁵^,⁶ to typowe zastosowania przemysłowe, w których występuje ruch cząstek.

Ze względu na szeroki zakres zastosowań, początek ruchu cząstek był intensywnie badany....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Początkowy ruch cząstek w granicy pełzającego przepływu.

UWAGA: Pomiary są przeprowadzane w reometrze rotacyjnym, który został zmodyfikowany dla tego konkretnego zastosowania.

Przygotowanie reometru.
1. Podłącz dopływ powietrza do reometru, aby uniknąć uszkodzenia łożysk powietrznych. Otwórz zawór obok filtrów powietrza, aż do osiągnięcia ciśnienia około 5 barów w układzie.
2. Podłącz cyrkulator płynu do płytki pomiarowej. Upewnij się, że węże elementu Peltiera są podłączone do reometru. Włączyć cyrkulator płynu i ustawić żądaną temperaturę (20 °C).
3. Zamontuj dostosowany pojemnik za....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Rysunek 1(a) przedstawia szkic układu eksperymentalnego użytego do scharakteryzowania krytycznej liczby Shields w pełzającym limicie przepływu, sekcja 1 protokołu. Pomiary są przeprowadzane w reometrze rotacyjnym, który został zmodyfikowany do tego konkretnego zastosowania. Przezroczysta płyta z pleksiglasu o średnicy 70 mm została starannie przymocowana do równoległej płyty o średnicy 25 mm. W związku z tym bezwładność układu pomiarowego zos.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Przedstawiamy dwie różne metody eksperymentalne charakteryzowania ruchu cząstek w początkowej fazie w funkcji geometrii złoża osadu. W tym celu używamy monowarstwy sfer ułożonych regularnie według symetrii trójkątnej lub kwadratowej w taki sposób, aby parametr geometryczny upraszczał się do pojedynczej geometrii. W granicy przepływu pełzającego opisujemy metodę eksperymentalną wykorzystującą rotametr rotacyjny do indukowania laminarnego przepływu ścinającego, jak w poprzednich badaniach 39,40,41.<.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy są wdzięczni nieznanym recenzentom za cenne rady oraz Sukyung Choi, Byeongwoo Ko i Baekkyoung Shin za współpracę przy organizacji eksperymentów. Prace te były wspierane przez projekt Brain Busan 21 w 2017 roku.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number
Reometr rotacyjny MCR 302	Anton Paar	Indukcja przepływu
Płytka pomiarowa PP25	Anton Paar	Indukcja przepływu
System Peltiera P-PTD 200	Anton Paar	Utrzymuj stałą temperaturę olejów silikonowych w układzie przy przepływie
Oleje silikonowe o lepkości ok. 10 i 100 mPas	Basildon Chemicals	Płyn używany do indukowania ścinania cząstek
Kulki ze szkła sodowo-wapniowego (405,9 ± 8,7) μ m	Zakład Szkła Technicznego	Budowa podłoży regularnych do warunków
Moduł Opto Zoom 70 0,3x-2,2x	WEISS IMAGING AND SOLUTIONS GmbH	System obrazowania do rejestracji ruchu ściegu w reometrze
2 x TV-Tube 1,0x, D=35 mm, L=146,5 mm	WEISS IMAGING AND SOLUTIONS GmbH	System obrazowania do rejestracji ruchu ściegu w reometrze
UI-1220SE Kamera CMOS	IDS Imaging Development Systems GmbH	System obrazowania do rejestracji ruchu ściegu w reometrze
UI-3590CP CMOS Camera	IDS Imaging Development Systems GmbH	System obrazowania do rejestracji ruchu ściegu w reometrze
Volpi IntraLED 3 - źródło światła LED	Volpi USA	System obrazowania do rejestracji ruchu ściegu w reometrze
Średnica aktywnego światłowodu 5mm	Volpi USA	System obrazowania do rejestracji ruchu kulki w reometrze
300-watowa ksenonowa lampa łukowa	Newport Corporation	System obrazowania do rejestrowania ruchu ściegu w reometrze
Tunel aerodynamiczny z otwartą sekcją testową strumienia, Gö Typ ttingen	Tintschl BioEnergie und Strö mungstechnik AG	Indukcja przepływu
Kulki szklane o średnicy (2,00 ± 0,10) mm	Gloches Korea	Południowa Budowa regularnych podłoży do warunków przepływu
Kulki z tlenku glinu o średnicy (5,00 ± 0,25) mm	Gloches Korea Południowa	Koralik celowy do eksperymentów
Anemometr CTA 55M01	Disa Elektronik A/S	Pomiar prędkości przepływu w tunelu
Sonda drutowa Miniaure Typ 55P15	Dantec Dynamics	Pomiar prędkości przepływu w tunelu aerodynamicznym
HMO2022 Oscyloskop cyfrowy, 2 kanały analogowe, 200MHz	Rohde & Schwarz	Pomiar prędkości przepływu w tunelu aerodynamicznym
Phantom Miro eX1 High-speed Camera	Vision Research IncVis	System obrazowania do rejestracji ruchu ściegu w tunelu
Obiektyw makro Canon ef 180mm f/3.5 l usm	Canon	rejestracji ruchu ściegu w tunelu
Stołowa lampa LED	Gloches Korea	PołudniowaSystem obrazowania do rejestrowania ruchu ściegu w tunelu

laminarnego przy ścinaniulaminarnego przy ścinaniulaminarnymprzepływu laminarnegoturbulentnegoturbulentnegoaerodynamicznymaerodynamicznym System obrazowania do aerodynamicznym aerodynamicznym

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Groh, C., Wierschem, A., Aksel, N., Rehberg, I., Kruelle, C. A. Barchan dunes in two dimensions: Experimental tests for minimal models. Phys. Rev. E. 78, 021304(2008).
Wierschem, A., Groh, C., Rehberg, I., Aksel, N., Kruelle, C. Ripple formation in weakly turbulent flow. Eur. Phys. J. E.....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Wizualna charakterystyka początkowego ruchu cząstek w regularnych podłożach: od warunków laminarnych do turbulentnych

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Tags

Related Articles