Быстрый метод визуализации по изучению падения Impact Динамика неньютоновских жидкостей

Общая цель данного эксперимента заключается в изучении динамики воздействия неньютоновских капель жидких металлов и плотных гранулированных суспензий с помощью метода быстрой визуализации. Это достигается за счет установки быстрой камеры для визуализации мгновенной динамики при попадании капель на поверхность. В качестве второго шага проведите серию экспериментов с жидкими металлами, чтобы получить информацию о том, как упругость поверхности, вызванная окислением, влияет на радиус распространения.

Затем проведите эксперименты с плотными суспензиями, чтобы исследовать динамику их разбрызгивания и распространения. Получены результаты, которые показывают, что различные параметры жидкости, такие как эффективное поверхностное натяжение, вязкость, скорость удара и диаметр взвешенных частиц, в совокупности определяют динамику ударов неньютоновских капель. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области плотных суспензий, например, когда поведение системы можно описать ее глобальными свойствами или когда необходимо учитывать отдельные частицы.

Тем не менее, эти измерения могут дать представление о динамике воздействия сложной жидкости. Он также может быть применен для наблюдения за другими процессами, которые включают быструю динамику, такими как образование состояний разрушения, отщепывание твердых частиц от капель жидкости и быстрое движение частиц в гранулированных системах. Одним из компонентов является вертикальная направляющая, способная поддерживать крепление шприцевого насоса, шприцевой насос можно перемещать на разную высоту для изменения высоты свободного падения испытательной жидкости.

Рядом с дорожкой находится рама, которая поддерживает чистую стеклянную пластину, которая служит горизонтальной плоскостью удара. Убедитесь, что поверхность пластины выровнена горизонтально. Расположите наклонное отражающее зеркало под поверхностью стекла, чтобы визуализировать удар капли снизу.

Затем прикрепите непрозрачную белую бумагу над стеклянной пластиной, чтобы отражать свет, чтобы облегчить взгляд снизу и изобразить удар жидкого металла. Поместите прозрачный бумажный рассеиватель напротив направления обзора, чтобы облегчить изображение сбоку. Затем поместите источник света в область за рассеивателем.

Включите источники света, чтобы равномерно освещать область удара. Теперь направьте камеру с подходящим объективом на штатив, чтобы она могла снимать поверхность. Подключите камеру к компьютеру, используемому для управления и отображения.

Начните подготовку образца с галлия и индия, который хранился в герметичном контейнере При комнатной температуре с помощью пипетки извлеките три миллилитра из контейнера. Возьмите акриловую пластину и выдавите на нее галлий-индий UTA. Подождите 30 минут, пока образец полностью окислится на воздухе.

Тонкий слой окисленной кожи полностью покроет поверхность образца. Примите надлежащие меры предосторожности при работе с соляной кислотой и приготовьте кислотную ванну объемом 200 миллилитров в сосуде TER. Концентрация ванны является экспериментальным параметром.

Поместите образец в кислотную ванну вместе с образцом в ванну. Используйте TER для резки со скоростью 60 оборотов в секунду в течение 10 минут. После того, как кислота предварительно смытся, снимите ванну с ReMeter.

С помощью пластикового двухмиллилитрового шприца со стальным наконечником толщиной от одного до двух миллиметров можно извлечь из ванны образец 1,5 миллилитров галлия и индия. Теперь образец готов к использованию и экспериментам. Установите шприц на шприцевой насос для подготовки образцов для густых суспензий.

Эксперименты начинаются с того, что у коммерческого шприца отрезают его конец, чтобы использовать его в качестве цилиндрической трубки для дозирования суспензии для наполнения шприца. Для начала приобретите емкость с водой. Поместите конец шприца в воду, потяните поршень назад, чтобы наполнить его, следя за тем, чтобы в нем не было пузырьков воздуха.

Далее держите шприц открытым концом вверх. Налейте в шприц сферический диоксид циркония или стеклянные шарики до полного заполнения, позволяя воде вылиться. Используйте лезвие бритвы, чтобы удалить лишние частицы сверху, чтобы этот конец оставался плоским.

Переверните шприц и установите его на поверхность насоса. Напряжение предотвратит выпадение частиц. Перед записью видео выполните действия по настройке систем изображения и освещения, а также откалибруйте пространственное разрешение.

Сначала запустите шприцевой насос, чтобы вытолкнуть жидкость со скоростью 20 миллилитров в час. Дождитесь, пока жидкость здесь отсоединится, плотная суспензия отсоединится от шприца и упадет, чтобы произвести пробный удар о поверхность стекла. После удара выключите шприцевую помпу.

Затем отрегулируйте положение и ориентацию камеры до тех пор, пока на мониторе не отобразится брызги. Затем установите коэффициент воспроизведения изображения один к одному и измените рабочее расстояние, чтобы изображение находилось в фокальной плоскости с камерой, установленной в кадр. Более 6 000 кадров в секунду изменяют размер диафрагмы, экспозицию, время и угол освещения для получения изображения наилучшего качества.

Как только настройки камеры будут найдены, поместите линейку в поле зрения на мониторе. Используйте линейку для вычисления пространственного разрешения, подсчитывая количество пикселей, умещающихся на одном сантиметре. Убедитесь, что нет разницы в разрешении между горизонтальным и вертикальным направлениями.

После калибровки системы визуализации снова запустите шприцевую помпу со скоростью 20 миллилитров в час. В то же время подготовьте программное обеспечение для управления камерой для мониторинга процесса удара перед записью данных. Потренируйтесь внимательно наблюдать, как капля начинает формироваться, чтобы обеспечить ручное срабатывание камеры в момент отделения капли от сопла.

После того, как данные будут записаны, отредактируйте видео до той части, которая содержит удар, и сохраните его в виде последовательности изображений для анализа. Метод быстрой визуализации был использован для изучения воздействия галлия-индия-молочного вещества на различные оксиды. Прочность кожи определяется кислотой.

Предварительная промывка, показанная здесь, представляет собой рамки, показывающие растекание трех различных компонентов при их воздействии на стеклянную поверхность. Каждая капля падала с одной и той же высоты сопла и била со скоростью примерно один метр в секунду. Первоначальный диаметр капли составлял 6,25 миллиметра без предварительной промывки.

Оксидная пленка предотвращает расслабление поверхностной энергии жидкостью, что приводит к несферической форме во время стадии падения, промывание образцов и кислота уменьшает оксид и ослабляет эффект кожи. При достаточно сильных кислотных концентрациях. Никакой разницы между галлием, индием и обычными жидкостями не наблюдается.

Полученные данные позволяют продемонстрировать переход от капиллярного режима к вязкому. Данные сворачиваются в одну кривую, когда отношение начального и конечного радиуса pm, деленное на число Рейнольдса до одной пятой степени, сравнивается с отношением эффективного числа Вебера и числа Рейнольдса к четырем пятым от начала всплеска мощности в плотной суспензии в режиме, где вязкая диссипация пренебрежимо мала по сравнению с инерционными эффектами. Это фазовая диаграмма разбрызгивания для частиц разной плотности и радио, произведение которого находится вдоль горизонтальной оси.

Вертикальная ось — это число частиц Вебера, определенное в рукописи. Красные круги указывают на то, что всплеск всегда находился. На врезке отображается типичное изображение-заставка.

Синие точки означают, что всплеск не найден. Вторая вставка представляет собой пример заставки nons. Случаи, когда не было обнаружено ни всплеска, ни всплеска, обозначены зелеными квадратами.

Эксперимент повторялся по 10 раз для каждой точки. Полученные результаты согласуются с критическим числом Вебера, равным примерно 14 плюс-минус два. Выполняя эту процедуру, важно практиковаться в изготовлении образцов и часто определять фракцию упаковки, чтобы вы были уверены в том, что сможете изготавливать образцы последовательно.

Это гарантирует, что ваши экспериментальные результаты будут воспроизводимы после его разработки. Этот метод проложил путь исследователям в области сложных жидкостей к изучению динамики воздействия различных жидкостных систем.