Visualização de alta velocidade líquido Jet impactação sobre uma superfície móvel

O objetivo geral do seguinte experimento é estudar o impacto de um jato líquido de superfície livre sobre superfícies em movimento de alta velocidade. Isso é realizado utilizando dois aparelhos diferentes. O primeiro é um disco giratório com uma velocidade máxima de 100 metros por segundo, no qual um bico pulveriza um jato líquido.

Câmeras de vídeo capturam o impacto do líquido na superfície para análise posterior. O segundo aparato é um canhão de trilho movido a ar comprimido, capaz de disparar um projétil a até 25 metros por segundo. O projétil passa abaixo de um orifício de onde é forçado um fluxo fino de líquido.

Uma câmera captura o vídeo para análise do impacto. Em seguida, o vídeo é analisado e o impacto na superfície do jato é caracterizado e quantificado. Os resultados mostram que existem três tipos diferentes de comportamento de impacto e que as transições entre esses comportamentos dependem de várias variáveis.

Este método pode nos ajudar a responder algumas questões fundamentais na área da mecânica de fluidos com superfície livre, especificamente relacionadas às características de espalhamento de um vazamento com superfície livre ao impactar uma superfície em movimento. Também pode ser utilizado para estudar a mecânica dos fluidos em linhas de contato móveis. Este vídeo começa no equipamento de disco giratório após o preparo do fluido de ensaio.

Este esquema fornece uma visão geral do sistema. Um disco é acionado por um motor elétrico com inversor de frequência. Um bico é posicionado para direcionar um jato do fluido de teste sobre a superfície do disco. Câmeras.

Registre a ação da interação entre a superfície e o fluido. Comece a verificar o equipamento garantindo primeiro que a válvula de fornecimento de ar para o mancal pneumático esteja aberta. O manômetro deve indicar uma pressão entre 60 e 80 PSI de pressão relativa.

Em seguida, remova qualquer coisa que possa impedir o movimento do disco e gire o disco. Realize várias rotações em cada direção para verificar possíveis problemas. Prossiga para trabalhar com o sistema de fluido de teste.

Incline e fixe o acumulador de gás comprimido utilizado para pressurização do fluido de teste. Quando estiver pronto, coloque três quilogramas do líquido de teste ou do líquido na porta de fluido do acumulador com o fluido no lugar. Em seguida, prossiga para realizar as conexões necessárias primeiro.

Conecte a porta de gás do acumulador a um tanque de nitrogênio por meio de um regulador de pressão. Em seguida, conecte a porta de fluido do acumulador à bocal de pulverização. Depois, inicie o software de controle do disco e do acionamento, verificando as duas câmeras de vídeo.

Cada uma possui uma lente de alta ampliação e está posicionada a 35 centímetros do ponto de impacto do jato, capturando cada uma uma visão diferente. Posicione uma fonte de luz de 150 watts com fibra óptica para obter um fundo uniformemente iluminado; o teste pode começar. Assim que todos os componentes do sistema estiverem prontos.

Use o controlador de frequência variável para ajustar a velocidade do disco ao valor desejado. Aqui, cerca de 1000 RPM no software de controle. Clique no botão de sequência de teste para iniciar o teste automatizado.

Durante o teste, o software determina os parâmetros ideais. Monitora a velocidade da superfície, a pressão de retorno do bico e a temperatura, e aciona as câmeras ao final do teste. Salve o vídeo e outros dados; experimentos adicionais também podem ser realizados utilizando um canhão de ar.

O canhão de ar consiste em um cano de aço, que é pressurizado por um tanque de ar. O projétil é feito de madeira com uma superfície superior metálica na qual o jato de líquido irá impactar. Um bico acima do cano fornece o jato de fluido.

Agora obtenha três quilogramas de fluido de teste preparado e despeje-o no orifício de fluido do acumulador. Após concluir, conecte o orifício de fluido do acumulador ao bico de pulverização e conecte a tubulação do orifício de gás do acumulador a um cilindro de nitrogênio. Acione um regulador de pressão.

Complete o preparo do fluido ajustando a pressão do acumulador em cerca de 40 PSI. Para este vídeo, ligue o software do controlador. Em seguida, pegue o projétil e insira-o no cano do canhão.

Mova o mecanismo de parada até a saída do cano. Em seguida, abra a linha de ar pressurizado que leva ao tanque de ar. Pressurize o tanque na faixa de 30 a 70 PSI para produzir a velocidade desejada do projétil.

Neste momento, verifique a configuração de captura de vídeo para a gravação. Posicione uma câmera de alta velocidade ao lado do bico do jato pulverizador e uma folha difusora do outro lado do cano da pistola de ar em relação à câmera. Fixe uma luz de fibra óptica de alta intensidade para iluminar através do difusor, destacando o local de impacto.

Uma vez que tudo esteja no lugar, coloque o air moss para proteção contra o disparo do canhão de ar. Acesse o painel de Controle do Canhão e pressione o botão de aviso para sinalizar o início de um experimento. Pressione o botão do painel de Controle da Arma de Ar para disparar o projétil e o sistema de controle automatizado do canhão de ar, coordenando cada componente do aparelho.

Para concluir o teste para análise de dados, utilize um computador equipado com software para visualizar as gravações em alta velocidade para uma condição de teste específica. Reproduza o vídeo do impacto em velocidade normal para observar e registrar o comportamento do jato. Após calibrar a escala da imagem, identifique um intervalo no vídeo.

Quando o jato parecer mais estável, comece a medir e registrar as dimensões de interesse a partir do impacto. Neste caso, o software é usado para determinar o raio do ponto de estagnação da lamela. Conclua a medição de todas as dimensões antes de prosseguir.

Em seguida, avance por 100 quadros das imagens. Repita as medições para confirmar que o jato e a lamela estão estáveis. Existem três comportamentos principais associados ao impacto de jato líquido em superfícies em movimento: deposição, respingo e salpicos.

Essas imagens fixas foram obtidas de gravações em vídeo durante experimentos nos quais o jato fluía em um fluxo reto e constante em direção à superfície. Na deposição, o jato adere à superfície e permanece sobre ela. No restante do experimento, ocorrem respingos e salpicos quando o jato líquido adere parcialmente à superfície de impacto.

A transição entre o comportamento de deposição e respingo ou salpicos é uma função de muitas variáveis, incluindo o diâmetro do jato, as velocidades do jato e da superfície, a viscosidade do jato, a pressão do ar circundante e até a rugosidade da superfície. Por exemplo, neste vídeo, observa-se a deposição do jato quando ele atinge uma primeira superfície com rugosidade de 510 nanômetros e uma segunda superfície com rugosidade de 160 nanômetros. Em contraste, o salpico ocorre quando o jato impacta uma terceira superfície com rugosidade de 16 nanômetros.

O impacto de um jato líquido sobre um substrato em movimento é fisicamente muito complexo. O aparelho mostrado neste vídeo permite estudar o impacto do jato de maneira cientificamente controlada.