Abstract
एक उच्च गति से चलती सतह पर तरल जेट चोट की जांच के लिए दो apparatuses वर्णित हैं: एक हवाई तोप डिवाइस 15 और 100 मीटर के बीच सतह की गति की जांच के लिए और एक कताई डिस्क डिवाइस ((0 और 25 मीटर / सेकंड के बीच सतह की गति की जांच के लिए) / एसईसी)। हवा तोप रैखिक पार एक लकड़ी फेंकने के शीर्ष पर रखा एक धातु रेल सतह में तेजी लाने के लिए बनाया गया है कि एक साँस ऊर्जा संचालित प्रणाली है। एक solenoid वाल्व के साथ लगे एक दबाव सिलेंडर तेजी तोप प्रति बैरल से नीचे फेंकने के लिए मजबूर, बैरल में दबाव हवा विज्ञप्ति। फेंकने इसकी धातु ऊपरी सतह पर एक तरल जेट impinges जो एक स्प्रे नोजल, नीचे यात्रा, और फेंकने तो एक रोक तंत्र पूरी करता है। एक कैमरा जेट ठोकर रिकॉर्ड है, और एक दबाव transducer स्प्रे नोक backpressure रिकॉर्ड। कताई डिस्क सेट अप एक चर आवृत्ति ड्राइव (VFD) मोटर के माध्यम से 500 आरपीएम 3000 की गति तक पहुँच जाता है कि एक इस्पात डिस्क के होते हैं। एक स्प्रे प्रणाली एसआईहवा तोप की है कि milar कताई डिस्क पर impinges कि एक तरल जेट उत्पन्न करता है, और कई ऑप्टिकल पहुंच बिंदुओं पर रखा कैमरों जेट ठोकर रिकॉर्ड है। जेट ठोकर प्रक्रियाओं की वीडियो रिकॉर्डिंग दर्ज की गई और चोट के परिणाम छप, छींटे, या बयान है कि क्या यह निर्धारित करने के लिए जांच कर रहे हैं। apparatuses उच्च गति से आगे बढ़ सतहों पर कम रेनॉल्ड्स-संख्या तरल जेट विमानों की उच्च गति ठोकर शामिल है कि पहली बार कर रहे हैं। अपने रेल उद्योग अनुप्रयोगों के अलावा, वर्णित तकनीक ऐसी इस्पात निर्माण के रूप में तकनीकी और औद्योगिक उद्देश्यों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है और उच्च गति 3 डी मुद्रण के लिए प्रासंगिक हो सकता है।
Introduction
इस शोध स्थानांतरण क्षमता और वर्दी बयान परिणामों के उच्च डिग्री प्राप्त है, जबकि एक चलती सतह पर तरल जेट रूप में LFM (लिक्विड घर्षण संशोधक) को लागू करने के लिए रणनीति का निर्धारण करना है। इस उद्देश्य को प्राप्त करने की सतहों जाने पर तरल जेट ठोकर को प्रभावित करने वाले कारकों की एक व्यापक समझ विकसित करना शामिल है।
परियोजना रेल क्षेत्र में इस्तेमाल स्नेहन आवेदन तकनीक की दक्षता में सुधार करने की जरूरत से प्रेरित है। ईंधन की खपत और लोकोमोटिव रखरखाव की लागत, घर्षण को संशोधित करने के एजेंट की एक पतली फिल्म को कम करने का एक साधन के रूप में अब परंपरागत रेल पटरियों के ऊपरी रेल सतह पर लागू किया जा रहा है। हाल के अध्ययनों से रेल के शीर्ष के लिए पानी आधारित LFM में से एक प्रकार के आवेदन (टीओआर) घर्षण नियंत्रण 50% 1,2 से अधिक से पहनने के लिए 6% और रेल और पहिया निकला हुआ किनारा से ऊर्जा की खपत के स्तर को कम कर दिखाया है। अन्य अध्ययनों से रेल पटरियों को लागू करने LFM कि कम से पता चला हैएस पार्श्व बल और शोर के स्तर के साथ ही, और अधिक महत्वपूर्ण बात, ट्रैक चलि और derailments 3,4 का एक प्रमुख कारण है, जो रोलिंग संपर्क थकान से नुकसान। इन परिणामों के आगे टोक्यो मेट्रो प्रणाली 5 पर क्षेत्र परीक्षण में पुष्टि की गई।
LFMs वर्तमान में कनाडा और संयुक्त राज्य भर में रेल इंजनों के दर्जनों से जुड़ी हवा विस्फोट atomizers से तिरस्कृत कर रहे हैं। आवेदन के इस रूप में, LFM रेल कारों से आगे बढ़ नीचे घुड़सवार atomizers द्वारा रेल पटरियों के ऊपर से लागू किया जाता है। आवश्यक उच्च मात्रा और उच्च दबाव हवा की आपूर्ति के स्तर को प्राप्त करने योग्य नहीं हो सकता है क्योंकि LFM आवेदन की यह विधा कई रेल इंजनों पर लागू करने के लिए मुश्किल है। एयर विस्फोट स्प्रे नलिका भी एक crosswind में संचालित जब crosswinds उनके मूल प्रक्षेपवक्र से विचलित करने के लिए ठीक स्प्रे बूंदों कारण के रूप में, अत्यधिक अनियमित रेल कवरेज का उत्पादन करने के लिए माना जाता है। उसी के लिए crosswinds भी नोक दूषण में फंसा होने के लिए जाना जाता है, की संभावनाकारण। हवा विस्फोट atomizers से जुड़ी समस्याओं के कारण, रेल क्षेत्र में वर्तमान में रेल पटरियों पर LFM आवेदन करने के लिए वैकल्पिक तरीकों की तलाश है। एक व्यवहार्य समाधान तरल जेट विमानों की वजह से उनके कम खींचें करने वाली जड़ता अनुपात करने के लिए प्रभाव crosswind कम करने के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं, के रूप में एक सतत (-atomized नहीं) तरल जेट के माध्यम से LFM वितरण शामिल है। इसके अतिरिक्त, atomizing नलिका के लिए आवश्यक उच्च हवा का दबाव और मात्रा के स्तर तरल जेट स्प्रे प्रौद्योगिकियों में आवश्यक नहीं कर रहे हैं, क्योंकि LFM आवेदन की दर पर प्रभावी नियंत्रण बनाए रखने के लिए है कि और अधिक सुव्यवस्थित और मजबूत छिड़काव तंत्र के रूप में बाद में कार्य।
इसी तरह भौतिकी, छोटी बूंद ठोकर के एक क्षेत्र, अधिकता अध्ययन किया गया है। यह एक चलती सूखा चिकनी सतह पर छोटी बूंद ठोकर के लिए, व्यवहार splashing चिपचिपापन, घनत्व, सतह तनाव और प्रभाव वेग 14,15 के सामान्य घटक सहित कई मापदंडों पर निर्भर है कि कई शोधकर्ताओं द्वारा पाया गया था। पक्षी
इसके व्यावहारिक महत्व के बावजूद, चलती सतहों पर जेट ठोकर शैक्षिक साहित्य में बहुत कम ध्यान दिया गया है। चिऊ-वेबस्टर और लिस्टर एक चलती सतह पर स्थिर और अस्थिर चिपचिपा जेट चोट की जांच की है कि प्रयोगों की एक व्यापक श्रृंखला का प्रदर्शन किया है, और लेखकों के सतत प्रवाह के मामले में छह के लिए एक मॉडल विकसित किया है। Hlod एट अल। प्रयोगात्मक परिणामों 7 के साथ एक अतिरिक्त अभिन्न शर्त के तहत अज्ञात लंबाई की एक डोमेन पर एक तीसरे क्रम स्तोत्र के माध्यम से प्रवाह और तुलना भविष्यवाणी विन्यास मॉडलिंग की। हालांकि, रेनॉल्ड्स संख्या की जांच कीइन अध्ययनों से दोनों में ठेठ रेल LFM अनुप्रयोगों के साथ जुड़े उन लोगों की तुलना में काफी कम हैं। Gradeck एट अल। संख्यानुसार और प्रयोगात्मक विभिन्न जेट वेग, सतह वेग, और नोजल व्यास शर्तों 8 के तहत एक चलती सब्सट्रेट पर पानी जेट चोट के प्रवाह क्षेत्र की जांच की। Fujimoto एट अल। पानी 9 की एक पतली फिल्म के द्वारा कवर एक चलती सब्सट्रेट पर impinging एक परिपत्र पानी जेट के साथ ही जांच प्रवाह विशेषताओं। हालांकि, इन दो परियोजनाओं के अपेक्षाकृत बड़े नोक व्यास और निचली सतह और वर्तमान कार्य में नियोजित उन लोगों की तुलना जेट वेग का इस्तेमाल किया। पिछले प्रयोगात्मक संख्यात्मक, और विश्लेषणात्मक अध्ययन डेटा की एक बड़ी शरीर प्रदान हालांकि इसके अलावा, बहुमत गर्मी हस्तांतरण मानकों के आधार पर करने के बजाय इस तरह के जेट splashing के व्यवहार के रूप में तरल प्रवाह की प्रक्रिया पर ध्यान केंद्रित किया है। वर्तमान अनुसंधान के क्षेत्र में प्रदान की प्रयोगात्मक विधि इस प्रकार फिर से तरल जेट आवेदन प्रौद्योगिकियों के लिए योगदानछोटे जेट नोजल व्यास और उच्च गति विमान और सतह वेग को शामिल शर्तों के तहत इस तरह की तकनीक fining। वर्तमान विधि भी संपर्क लाइनों हिल के साथ जुड़े मौलिक द्रव यांत्रिकी समस्याओं पर ज्ञान को परिष्कृत।
जैसा कि ऊपर उल्लेख अध्ययन आम तौर पर एक कम गति से चलती सतह के साथ एक कम गति जेट की बातचीत शामिल है। उच्च गति से आगे बढ़ सतहों पर लामिना उच्च गति जेट ठोकर से अपेक्षाकृत कुछ अध्ययन किए गए हैं। उच्च गति तरल जेट कसाव के दौरान जेट तरल एक पतली लामेल्ला बनाने, ठोकर स्थान के आसपास के क्षेत्र में त्रिज्यात फैलता है। इस लामेल्ला तो चिपचिपा एक विशेषता यू के आकार लामेल्ला उत्पादन, चलती सतह द्वारा लगाए गए मजबूर द्वारा नीचे की ओर convected है। Keshavarz एट अल। उच्च गति सतहों पर impinging न्यूटन और लोचदार तरल जेट विमानों को रोजगार प्रयोगों पर सूचना दी है। वे दो अलग प्रकार में ठोकर प्रक्रियाओं वर्गीकृत: "बयान और# 8221; और 10 "छप"। ठोकर बयान के रूप में वर्गीकृत किया जा करने के लिए छप बूंदों में टूटता बाद में सतह से अलग करती है, और कहा कि एक तरल लामेल्ला के द्वारा होती है, जबकि जेट तरल, सतह का पालन करना होगा। एक तिहाई ठोकर शासन भी वर्णित किया गया है - "छींटे"। यह अपेक्षाकृत दुर्लभ, शासन में लामेल्ला "बयान" के लिए के रूप में, सतह के साथ जुड़ा रहता है, लेकिन ठीक बूंदों लामेल्ला के अग्रणी धार के पास से निकली कर रहे हैं। गैर-न्यूटन द्रव प्रभाव के बाद में एक अध्ययन में, Keshavarz एट अल। छप / बयान दहलीज मुख्य रूप से वेग अनुपात सतह के लिए जेट ठोकर कोण और जेट वेग केवल एक मामूली प्रभाव है, जबकि रेनॉल्ड्स और डेबोरा संख्या से निर्धारित होता है निष्कर्ष निकाला है कि 11 । चर परिवेशी वायु दबाव के तहत किए गए प्रयोगों में, Moulson एट अल। पता चला छप / बयान दहलीज रेनॉल्ड्स संख्या में नाटकीय रूप से किएक निश्चित सीमा से 12 पूरी तरह से छप दबा नीचे परिवेश हवा के दबाव को कम करते हुए परिवेश हवा के दबाव को कम करने के साथ बढ़ जाती है, (यानी, उच्च परिवेश के दबाव छिड़काव करने के लिए जेट विमानों और अधिक होने का खतरा बना)। यह निष्कर्ष दृढ़ता से लामेल्ला पर अभिनय वायुगतिकीय बलों लामेल्ला लिफ्ट बंद और बाद में छप पैदा करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं कि पता चलता है। एक उच्च गति सब्सट्रेट पर उच्च गति ठोकर पर हाल ही में काम में, स्टर्लिंग सब्सट्रेट गति और छप सीमा के करीब जेट स्थितियों के लिए, छप बहुत छोटे स्थानीय सतह खुरदरापन और छोटे जेट अस्थिरता से शुरू हो सकता है कि पता चला है। उन्होंने यह भी कहा कि इन शर्तों लामेल्ला लिफ्ट बंद और reattachment के तहत एक stochastic प्रक्रिया 13 से पता चला कि।
यहाँ वर्णित प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल एक चलती उच्च गति सतह के साथ एक तरल पदार्थ की बातचीत से जुड़े अन्य भौतिक स्थितियों का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक ही दृष्टिकोण हेलीकाप्टर blad अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता हैई-भंवर (भंवर द्रव ट्रेसर कणों के साथ रंग का था, बशर्ते कि) बातचीत और सतहों के रोबोट छिड़काव।
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Protocol
1. कताई डिस्क डिवाइस
- (उदाहरण के लिए, परिवेश के तापमान, तरल पदार्थ के गुण, जेट और सतह गति, आदि) एक तालिका में वांछित परीक्षण की स्थिति और रिकार्ड परीक्षण की स्थिति को पहचानें।
- सामग्री की तैयारी
- ठोकर परीक्षण के लिए ग्लिसरीन-पानी या पीईओ-ग्लिसरीन-पानी के समाधान तैयार करें।
- पीईओ-ग्लिसरीन-पानी परीक्षण के मामले में, धीरे-धीरे एक 24 घंटा अवधि में कोमल चुंबकीय सरगर्मी के तहत आसुत जल से 1495.5 जी में पीईओ पाउडर (एक लाख और चार लाख की चिपचिपाहट-औसत आणविक वजन) के 4.5 जी भंग। जरूरत से ज्यादा मैकेनिकल गिरावट को रोकने के लिए पीईओ नमूना आंदोलनकारी से बचें।
- धीरे-धीरे 0.15% पीईओ एकाग्रता और 50% ग्लिसरीन एकाग्रता की एक जलीय समाधान तक पहुंचने के लिए एक 24 घंटा अवधि में जलीय पीईओ समाधान के लिए खासियत ग्रेड ग्लिसरीन की 1.5 किलो जोड़ें।
- पहले और छोटा करने के लिए प्रत्येक परीक्षा के बाद आर टी के तहत कंटेनर में अलग से परीक्षण तरल पदार्थ स्टोरMize वाष्पीकरण, परिवेशी वायु और प्रदूषण से जल अवशोषण। विशेषताएँ और तैयारी के पांच दिनों के भीतर तरल पदार्थ स्प्रे।
- ठोकर परीक्षण के लिए ग्लिसरीन-पानी या पीईओ-ग्लिसरीन-पानी के समाधान तैयार करें।
- प्रयोगों का प्रदर्शन
- सुनिश्चित करें कि कताई डिस्क हवा असर की हवा की आपूर्ति वाल्व खुला है और दबाव नापने का यंत्र पढ़ने सही काम कर रहे सीमा (60-80 psig) में है। डिस्क और बेयरिंग के साथ किसी भी समस्याओं के लिए जाँच करने के लिए 5 घुमाव डिस्क आंदोलन में बाधा और दोनों दिशाओं में हाथ से डिस्क बदल सकता है स्पष्ट है कि कुछ भी।
- साफ और सुरक्षित संकुचित गैस परीक्षण द्रव दबाव के लिए संचायक बंद कर दिया। एक गैलन संचायक के तरल पदार्थ पोर्ट में परीक्षण तरल की 3 किलो डालो।
- एक दबाव नियामक के माध्यम से नाइट्रोजन टैंक को संचायक के गैस पोर्ट से कनेक्ट करें। जेट स्प्रे नोजल को संचायक के तरल पदार्थ पोर्ट से कनेक्ट करें।
- सेट अप नियंत्रण प्रणाली और उच्च गति इमेजिंग प्रणाली।
- कताई डिस्क नियंत्रण सॉफ्टवेयर और VFD नियंत्रण सॉफ्टवेयर शुरू करो।स्थिति दो उच्च गति सिने 35 सेमी दूर ठोकर बिंदु से कैमरों और दो कोणों से ठोकर बिंदु पर कब्जा करने के लिए उच्च वृद्धि लेंस समायोजित करें।
- सबसे अच्छी छवि गुणवत्ता (चित्रा 1) के लिए एक समान रूप से जलाया पृष्ठभूमि प्राप्त करने के लिए 150 डब्ल्यू फाइबर ऑप्टिक प्रकाश स्रोत को समायोजित करें। इस बिंदु पर नियंत्रण प्रणाली पर पावर कैमरा समायोजन की सुविधा के लिए।
- उम्मीद के रूप में सिस्टम कार्य कर रहा है सुनिश्चित करने के लिए नियंत्रण सॉफ्टवेयर में 'स्व जाँच' बटन पर क्लिक करके स्वयं चेक दिनचर्या प्रदर्शन करते हैं।
- एक जेट ठोकर परीक्षण प्रदर्शन
- VFD नियंत्रण सॉफ्टवेयर (500-3,000 आरपीएम) के साथ वांछित मूल्य के लिए डिस्क की गति सेट करें।
- एक परीक्षण करने के लिए, 'परीक्षण अनुक्रम' बटन पर क्लिक करके नियंत्रण सॉफ्टवेयर से स्वचालित प्रयोगात्मक अनुक्रम का शुभारंभ। सॉफ्टवेयर स्वचालित रूप से इष्टतम मानकों का निर्धारण और तदनुसार परीक्षण प्रदर्शन करने के लिए प्रणाली के प्रत्येक घटक समन्वय स्थापित करेगा।
- (उदाहरण के लिए, चित्रा 2 में स्क्रीन शॉट देखें) परिणामी ठोकर परीक्षण वीडियो सहेजें। पढ़ें और रिकार्ड सतह गति, नियंत्रण सॉफ्टवेयर से दबाव और तापमान वापस नोजल।
नोट: प्रत्येक परीक्षा के बाद, एक डिस्क सफाई अनुक्रम कुल्ला और डिस्क की सतह सुखाने के लिए स्वचालित रूप से चलाता है। सभी परीक्षण द्रव अवशेषों हटा दिया गया है जब तक सफाई चक्र के रूप में आवश्यक दोहराएँ।
चेतावनी: पानी और ग्लिसरीन समाधान परीक्षण तरल पदार्थ की सफाई के अनुक्रम से साफ किया जा सकता है, अन्य LFMs ऐसे एसीटोन के रूप में कार्बनिक सॉल्वैंट्स के साथ साफ करने की जरूरत है। ऐसे मामलों में, सीधे डिस्क छिड़काव के बजाय एक कपड़े को सफाई सामग्री लागू होते हैं।
- डेटा विश्लेषण
- प्रत्येक परीक्षा हालत (जैसे, तरल पदार्थ के गुण, परिवेश के तापमान, सतह खुरदरापन, आदि) पर एक स्प्रेडशीट युक्त जानकारी तैयार करें।
- , सिने देखने सॉफ्टवेयर के साथ दर्ज जेट ठोकर छवियों को खोलें सामान्य में पूरी वीडियो रिकॉर्डिंग खेलोगति और जेट ठोकर व्यवहार का पालन।
- रिकॉर्ड ठोकर व्यवहार विशेषताओं, प्रयोगात्मक सेट अप के साथ जटिलताओं का संकेत हो सकता है कि किसी भी असामान्य प्रवृत्तियों प्रवेश करने को तैयार स्प्रेडशीट में (छप / spattering / बयान चित्रा 3 देखें)।
- एक स्प्रेडशीट में परीक्षण के परिणाम और शर्तों को बचाओ। रिकॉर्ड उल्लेखनीय निष्कर्ष और परीक्षण प्रवेश (जैसे, छप / बयान दहलीज बिंदु, छप / बयान संक्रमण, आदि) में असामान्य घटनाओं। जब आवश्यक स्क्रीनशॉट बचाओ।
- छवि विश्लेषण मापन और रिकार्ड डेटा आचरण।
- ऑन-स्क्रीन पिक्सेल मापने के उपकरण लॉन्च। ओपन ठोकर छवियों, और ऑन-स्क्रीन पिक्सेल मापने के उपकरण (चित्रा 4) के साथ छवियों में एक माइक्रो शासक को मापने के द्वारा छवि पैमाने जांचना।
- पिक्सेल मापने टी के साथ; (चित्रा 5 देखते हैं जैसे, लामेल्ला प्रसार चौड़ाई, डब्ल्यू, और लामेल्ला ठहराव बिंदु त्रिज्या, आर) ब्याज की उपाय आयामजेट तैयार स्प्रेडशीट में वीडियो और डेटा रिकॉर्ड में सबसे अधिक स्थिर हो गया लगता है, जहां एक बिंदु पर ool। तब विमान और लामेल्ला दोनों स्थिर रहे हैं कि इस बात की पुष्टि करने के लिए 100 फ्रेम माप के पहले समूह के बाद माप का एक और समूह को ले लो। एक ग्राफ पर प्लॉट डेटा अंक और वक्र ढाले पूरा करें।
2. एयर तोप डिवाइस
- वांछित परीक्षण की स्थिति की पहचान करने और 1.1 चरण में के रूप में सामग्री तैयार करने और 1.2 कदम।
- प्रयोगों का प्रदर्शन
- प्रणाली नियंत्रण सॉफ्टवेयर को सत्ता।
- तोप बैरल में फेंकने डालें। ठीक से एक टेस्ट (चित्रा 6) के बाद फेंकने पर कब्जा करने के लिए प्रति बैरल बाहर निकलने के लिए करीब रोकने के तंत्र में ले जाएँ।
- हवा की टंकी के लिए अग्रणी दबाव इमारत एयर लाइन खोलें। वांछित फेंकने वेग पर निर्भर करता है, 30 साई और 70 साई के बीच करने के लिए टैंक पर दबाव। 30 साई टैंक दबाव के आसपास 5 का एक प्रक्षेप्य गति देता हैएम / सेक, और 70 साई के आसपास 25 मीटर / सेकंड की रफ्तार देता है।
- परीक्षण द्रव दबाव के लिए संकुचित गैस बंद संचायक तैयार करें।
- संचायक के तरल पदार्थ पोर्ट में परीक्षण तरल की 3 किलो डालो। तरल जेट स्प्रे नोजल को संचायक गैस वाल्व से ट्यूबिंग कनेक्ट करें, और अप करने के लिए 300 psig को संचायक दबाव निर्धारित किया है।
- कैंची जैक करने के लिए कैमरा संलग्न। जेट स्प्रे नोजल के बगल में तैनात मंच करने के लिए कैंची जैक सुरक्षित।
- कैमरे से भर में और प्रसार चादर के पीछे तैनात मंच करने के लिए उच्च तीव्रता प्रकाश स्रोत सुरक्षित। सॉफ्टवेयर नियंत्रण इंटरफ़ेस का वीडियो कैमरा देखने के समारोह का उपयोग कर प्रकाश और कैमरा स्थिति की जाँच करें, और आवश्यक के रूप में (चित्रा 7) स्थिति को समायोजित।
- हवा तोप ध्वनि विस्फोट से सुरक्षा के लिए इयर मफ पर डाल दिया।
- संकेत करने के लिए कई बार तोप नियंत्रण कक्ष अनलॉक, और नियंत्रण कक्ष पर चेतावनी बटन दबाएँएक प्रयोग की शुरुआत।
- हवा तोप बैरल के साथ हवा की टंकी को जोड़ने solenoid वाल्व खुलता है कि नियंत्रण कक्ष बटन मारो।
- डिवाइस निकाल दिया और फेंकने पर कब्जा कर लिया गया है, तरल पदार्थ और अवशिष्ट परीक्षण तरल पदार्थ को हटाने के लिए एक स्पंज की सफाई के साथ यह पोंछते द्वारा डिवाइस साफ। अंत में, फेंकने की ठोकर सतह सूखी।
- एक निश्चित (10 सेमी) दूरी की यात्रा करने फेंकने के लिए आवश्यक समय की मात्रा को मापने के द्वारा दर्ज की उच्च गति वीडियो में फेंकने की गति को मापने के। 1.5 कदम के रूप में डेटा का विश्लेषण।
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Representative Results
परिचयात्मक अनुभाग में चर्चा की, तरल जेट चोट के साथ जुड़े तीन मुख्य व्यवहार बयान, छींटे और छप रहे हैं। ये जेट ठोकर व्यवहार विभिन्न ऑप्टिकल अंक पर तैनात उच्च गति सिने कैमरों से रिकॉर्ड वीडियो डेटा का उपयोग कर मनाया जाता है। तीन तरल जेट परिणामों को दर्शाती है जो वीडियो रिकॉर्डिंग, से प्राप्त अभी भी छवियों, के उदाहरण चित्रा में दिखाए जाते हैं 3। चित्रा 3A जेट ठोकर सतह की दिशा में एक पूरी तरह से सीधे और सतत स्ट्रीम में बहती है जिसमें तरल जेट बयान, दर्शाया गया है। जेट सतह का पालन करता है और प्रयोग के शेष के लिए सतह पर बनी हुई है। जेट या तो वापस पिघल के शेष (3B चित्रा के साथ, तरल जेट केवल आंशिक रूप से ठोकर सतह का पालन करता है, जिसमें 3 बी और 3C शो कम इष्टतम परिणामों के आंकड़े ) या प्रभाव पर (चित्रा -3 सी) splashing।
दिए गए वीडियो डेटा की काफी सरल प्रकृति को देखते हुए jove_content ">, अस्पष्ट परिणाम असामान्य और repeatable परिणाम प्रायोगिक उपकरणों दोनों से प्राप्त किया गया है कर रहे हैं। हालांकि, आम तौर पर बहुत चिकनी सतह खुरदरापन शर्तों शामिल है कि बहुत दुर्लभ मामलों में, एक तरल जेट की लामेल्ला धारा। यह ठोकर सतह से लिफ्ट बंद करने का कारण बनता है कि इस तरह से (चित्रा 8) में सतह पर बूंदों या खुरदरापन के साथ बातचीत कर सकते हैं उतना ही असामान्य परिस्थितियों में, प्रवाह में एक छोटे से अशांति, विमान में अनियमितताओं का उत्पादन कर सकते हैं, जो सतह पर कसाव समय की एक लंबी अवधि के लिए सतह से अलग करने के लिए जेट के कारण परिलक्षित हो जाते हैं (9 चित्रा)। इन दुर्लभ घटना आम तौर पर केवल (पुन = 100 ~ 2500) के। संगति उच्च सतह गति के लिए और मध्यवर्ती जेट द्रव viscosities के लिए होते हैं परिणाम काफी हद तक एक पंप के विपरीत, एक पर तरल आगे बढाती है, जो परीक्षण तरल, ड्राइविंग के लिए एक दबाव संचायक का उपयोग करने के लिए श्रेय दिया जाता है स्थिर दर, एक बहुत चिकनी कार्रवाई के उत्पादन और इस तरह एक अत्यधिक संगत, वर्दी और स्थिर तरल प्रवाह।छिड़काव करने के लिए सम्मान / बयान विशेषताओं के साथ, परिणाम सतह खुरदरापन घटते माइक्रोन माइक्रोन 0.01 के बीच और 1 से लेकर औसत खुरदरापन ऊंचाइयों की धातु सतहों के लिए impinging जेट अधिक अतिसंवेदनशील छिड़काव करने के लिए करता है कि दिखा। उदाहरण के लिए, चित्रा 3 ए और चित्रा -3 सी भी इसी विमान और सतह गति की शर्तों के तहत ठोकर दिखा। चित्रा 3 ए में जेट बयान 0.51 माइक्रोन के एक औसत खुरदरापन ऊंचाई है जो सतह पर होता है, लेकिन औसत खुरदरापन ऊंचाई 0.016 माइक्रोन (चित्रा -3 सी) है जब जेट छप होता है। खुरदरापन पर इस निर्भरता Keshavarz एट अल। 10,11, सतह खुरदरापन लामेल्ला मोटाई की तुलना में काफी बड़ा है, जहां बहुत rougher सतहों पर चोट का अध्ययन करने वाले ने कहा कि के विपरीत है।
तरल जेट व्यास; तरल चिपचिपाहट, घनत्व और सतह तनाव, सतह की गति और खुरदरापन; _content "> छप की दहलीज एक तरल जेट वेग के जटिल कार्य है। और आसपास हवा विशेषताओं छप के कुछ सरल सिद्धांतों का प्रस्ताव किया गया है 10-12, वर्तमान में आमतौर पर 12 छिड़काव करने के लिए एक अग्रदूत है जो घटना। लामेल्ला liftoff के, की कोई व्यापक व्याख्या है, लामेल्ला ज्यामिति के एक समारोह में माना जा रहा है। चित्रा 10 में देखा, लामेल्ला ज्यामिति अपने आप में एक जटिल कार्य है जेट और सतह गति और तरल भौतिक गुणों सहित कई चर, के।
डिस्क डिवाइस कताई के ऑप्टिकल विन्यास की चित्रा 1. योजनाबद्ध। कृपया यहाँ क्लिक करें टीओ इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए।
चित्रा 2. ठेठ वीडियो रिकॉर्डिंग का स्क्रीनशॉट। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 3. तीन विशिष्ट प्रवाह शासनों। (ए) के बयान, (बी) के छींटे, (सी) छप। सभी मामलों में सही से सब्सट्रेट चालों के लिए छोड़ दिया और जेट व्यास 564 माइक्रोन है। प्रासंगिक जेट और सब्सट्रेट शर्तें हैं: (ए) वी जेट = 18.3 एम / सेक, वी सब्सट्रेट = 7.50 मी / सेक, μ जेट = 0.0194 एन · सेकंड / एम 2, ρ जेट = 1180किग्रा / एम 3, σ जेट = 0.0656 एन / मी, पुन जेट = 629, हम जेट = 3400; (बी) वी जेट = 9.5 एम / सेक, वी सब्सट्रेट = 7.63 मी / सेक, μ जेट = 0.0097 एन · सेकंड / एम 2, ρ जेट = / एम 3 998 किलो, σ जेट = 0.0717 एन / मी, पुन जेट = 552, हम जेट = 709; (सी) वी जेट = 17.3 एम / सेक, वी सब्सट्रेट = 7.71 मी / सेक, μ जेट = 0.0194 एन · सेकंड / एम 2, ρ जेट = / एम 3 1180 किलो, σ जेट = 0.0656 एन / मी, पुन जेट = 594, हम जेट = 3040। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
जेट व्यास और लामेल्ला जियो चित्रा 4. मापनइमेज प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर के साथ metry। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
विशेषता लामेल्ला आयाम दिखा जेट ठोकर चित्रा 5. Planform देखें योजनाबद्ध। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 6 एयर तोप मैकेनिकल विन्यास। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 7. एयर तोप ऑप्टिकल विन्यास। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
जेट छप करने के लिए जेट बयान से संक्रमण दिखा चित्रा 8. समय अनुक्रम। संक्रमण अन्यथा शुष्क सब्सट्रेट का पालन बहुत ठीक बूंदों के कारण होता है इस क्रम में। सब्सट्रेट / 7.52 मी = एक गति वी सब्सट्रेट पर सेकंड छोड़ दिया सही से बढ़ रहा है। जेट शर्तें हैं: डी जेट = 564 माइक्रोन; वी जेट = 17.5 एम / सेक, μ जेट = 0.0194 एन · सेकंड / एम 2, ρ जेट = / एम 3 1180 किलो, σ जेट = 0.0656 एन / मी, पुन जेट = 600, हम जेट= 3110। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
जेट छप करने के लिए जेट बयान से संक्रमण दिखा चित्रा 9. समय अनुक्रम। संक्रमण प्रवाह perturbs कि विमान में एक छोटा सा हवाई बुलबुले के कारण होता है इस क्रम में। सब्सट्रेट / 7.43 मी = एक गति वी सब्सट्रेट पर सेकंड छोड़ दिया सही से बढ़ रहा है। जेट शर्तें हैं: डी जेट = 564 माइक्रोन; वी जेट = 15.8 एम / सेक, μ जेट = 0.0194 एन · सेकंड / एम 2, ρ जेट = / एम 3 1180 किलो, σ जेट = 0.0656 एन / मी, पुन जेट = 542, हम जेट = 2530। के लिए यहां क्लिक करें एक बड़ा संस्करण देखनेइस आंकड़े की।
सब्सट्रेट। सब्सट्रेट गति वी सब्सट्रेट के रेनॉल्ड्स संख्या के एक समारोह के रूप में जेट व्यास के अनुपात में 10 चित्रा लामेल्ला प्रसार चौड़ाई, 300 जेट के लिए एक रेनॉल्ड्स संख्या 75 की पुन एस दे रही है, 60 मीटर / सेकंड के लिए 15 मीटर / सेकंड से अलग है शर्तें हैं: डी जेट = 281 माइक्रोन; वी जेट = 14.6 एम / सेक, μ जेट = 0.0701 एन · सेकंड / एम 2, ρ जेट = 1220 किग्रा / एम 3, σ जेट = 0.0640 एन / मी, पुन जेट = 71.4, हम जेट = 1140।
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Discussion
हवा तोप सेट अप के लिए इस्तेमाल किया प्रक्षेप्य एक हल्के, लकड़ी के आधार से बना है। थोड़ा कई परीक्षणों के बाद लकड़ी के सामग्री चिप्स हालांकि, इसे रोकने के तंत्र को प्रभावित पर पानी फेर दिया करते हैं, जो इस तरह के प्लास्टिक या धातु के रूप में सामग्री से बना प्रोजेक्टाइल की तुलना में अधिक प्रभावी ढंग से गतिज ऊर्जा को अवशोषित करने के लिए पाया गया है। लकड़ी फेंकने के आयाम इस प्रकार हवा रिसाव सीमित है, बारीकी से इस्पात बैरल इंटीरियर मैच के लिए तैयार कर रहे हैं। प्लाईवुड की दो परतों के बीच सुरक्षित 1/8 "मोटी रबर शीट आगे बैरल के अंदर चारों ओर मुहर कसने के लिए फेंकने के पीछे से जुड़ी है। तरल जेट न्यूनतम हस्तक्षेप के साथ एक परीक्षण में सभी तीन सतहों पर टकराना कर सकते हैं ताकि फेंकने के शीर्ष पर मुहिम शुरू की धातु ठोकर सतहों अलग खुरदरापन हाइट्स के तीन अलग-अलग धातु प्लेट के रूप में बांधा जाता है, 2.5 सेमी अलग स्थान पर। फेंकने के सामने वें पर एक कंटिया के साथ एक aerodynamic नाक में आकार का हैअंदर एक कुंडी तंत्र के साथ एक भारी एल्यूमीनियम शरीर है जो रोक तंत्र, इतना है कि नाक की ई तल, प्रभाव पर फेंकने के लिए सुरक्षित रूप से जोड़ता है। बल्कि जगह में तय किया जा रहा से, बंद करो तंत्र फेंकने को पकड़ने पर मोटे तौर पर 60 सेमी से पीछे की ओर स्लाइड। इस समारोह में फेंकने से गतिज ऊर्जा dissipates और सामग्री नुकसान से बचाता है।
हवा तोप डिवाइस से जुड़ी उच्च गति सिने कैमरा फेंकने की सतह पर जेट कसाव visualizes। कैमरे की चौड़ी स्क्रीन CMOS संवेदक एक अत्यंत उच्च फ्रेम दर और प्रस्तावों पर छवियों पर कब्जा करने की अनुमति देता है। एक 1 किलोवाट, उच्च तीव्रता गरमागरम प्रकाश स्रोत को देखने के क्षेत्र रोशन करने के लिए प्रयोग किया जाता है, और एक प्रकाश diffusor चादर प्रकाश स्रोत और एक समान रूप से जलाया पृष्ठभूमि प्राप्त करने के लिए ठोकर बिंदु के बीच रखा गया है। दो कैमरों और प्रकाश स्रोतों से अधिक एक कोण से वीडियो रिकॉर्डिंग कब्जा करने के लिए कताई डिस्क डिवाइस पर स्थापित कर रहे हैं। ऊपर तैनात एक कैमरादूसरा कैमरा एक तरफ देखने रिकॉर्ड जबकि ठोकर बिंदु, जेट ठोकर के सामने दृश्य रिकॉर्ड करता है। कैमरे के लेंस परीक्षण तरल पदार्थ के साथ संपर्क को रोकने के लिए और प्रत्येक परीक्षा के बाद एक स्पष्ट देखने खिड़की प्रदान करने के लिए एसीटेट फिल्म के एक पत्र के साथ कवर कर रहे हैं। ओर देखने कैमरा स्थानीय स्तर पर धुरा रोकने के बिना ठोकर साइट illuminates कि एक उच्च तीव्रता, फाइबर ऑप्टिक प्रकाश स्रोत से प्रकाशित किया जाता है। सामने के दृश्य कैमरे में एक उच्च तीव्रता, 100 डब्ल्यू, एक collimating लेंस के साथ लगे 6700 लुमेन सफेद एलईडी सरणी द्वारा प्रकाशित है।
दो प्रयोगात्मक सेट अप दो कस्टम निर्मित नियंत्रण बक्से से विद्युत नियंत्रित कर रहे हैं। कस्टम निर्मित नियंत्रण सॉफ्टवेयर उपयोगकर्ता पैदा करते हैं और नियंत्रण बॉक्स के अंदर एक USB DAQ प्रणाली के माध्यम से डिजिटल और एनालॉग संकेतों को इकट्ठा करने की अनुमति देता है। एक नियंत्रक तो प्रयोगात्मक सेट अप (उच्च गति कैमरा, प्रकाश, नोजल, आदि) के प्रत्येक घटक को नियंत्रित करने के लिए इन संकेतों का इस्तेमाल करता।
वर्णित पूर्वकि दो अलग-अलग मशीनों सतह गति की एक व्यापक रेंज का परीक्षण करने के लिए बनाया गया था में perimental सेट अप सीमित है। यह एक प्रयोगशाला के सीमित स्थान के भीतर, गैर विध्वंस 25 मीटर / सेकंड की तुलना में अधिक वेग से चल रही एक फेंकने को रोकने के लिए बहुत मुश्किल है क्योंकि हवा तोप डिवाइस ही धीमी गति पर संचालित किया जा सकता है। कताई डिस्क के साथ डिस्क के रोटरी गति बारी में द्रव यांत्रिकी को प्रभावित करती है जो तरल पदार्थ पर एसोसिएटेड केन्द्राभिमुख बलों, कारण होगा कि चिंता का विषय था। हवा तोप (रैखिक सतह वेग) और कताई डिस्क पर एक ही जेट की स्थिति और एक ही सतह गति के साथ परीक्षण के रूप में अनुचित साबित हुई यह चिंता का विषय लगभग समान कसाव विशेषताओं झुकेंगे। अधिकतम स्वीकृत रेनॉल्ड्स संख्या तरल जेट गोलमाल द्वारा सीमित है। इन सेट अप पर किए गए प्रयोगों में, 1500 के एक रेनॉल्ड्स संख्या आसानी से पहुँच गया था। उच्च गति सेट-अप पर सब्सट्रेट गति VFD मोटर की क्षमता के द्वारा सीमित है (यानी, अधिकतम सड़ांधational गति और खींचें, जड़ता, आदि) पर काबू पाने के लिए अधिकतम बिजली उत्पादन, डिस्क और शाफ्ट अच्छी तरह से संतुलित कर रहे हैं प्रदान की है।
वर्णित apparatuses वे छोटे तरल जेट नोजल व्यास का उपयोग कर उच्च सतह गति शर्तों पर उच्च गति तरल जेट ठोकर का अध्ययन (25-100 एम / सेक) को समायोजित कि में तरल जेट चोट की जांच कि मौजूदा तकनीक से भिन्न होते हैं। स्थिर और कम गति से आगे बढ़ सतहों पर होती है कि तरल जेट ठोकर प्रक्रियाओं उच्च गति, वर्णित तकनीक आगे के तहत तरल जेट ठोकर व्यवहार पर ज्ञान मौजूदा कर सकते हैं तरल का निर्माण हुआ और प्रसार के पैटर्न के लिए सम्मान के साथ सतहों के साथ चलती जुड़े लोगों से काफी अलग है क्योंकि स्थितियों की एक व्यापक रेंज। तरल जेट चोट के साथ जुड़े छप, छींटे और प्रक्रियाओं बयान पर तकनीक का ध्यान भी पहले गर्मी हस्तांतरण पैटर्न के साथ व्यस्त कर दिया गया है, जो इस क्षेत्र में एक ज्ञान की खाई को संबोधित करते हैं। तरल के रूप मेंएक सब्सट्रेट पर जेट ठोकर भविष्य के अनुसंधान के लिए कई संभावित रास्ते बन गया है कि एक अत्यधिक जटिल अवस्थायाँ द्रव यांत्रिकी समस्या, वर्णित तकनीक ऐसी इस्पात निर्माण और स्याही जेट मुद्रण, ठंडा, हीटिंग और सतह के रूप में तकनीकी और औद्योगिक अनुप्रयोगों के एक नंबर के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है कोटिंग।
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Disclosures
लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है।
Acknowledgments
प्राकृतिक विज्ञान और कनाडा () NSERC और लेग फोस्टर रेल टेक्नोलॉजीज, कार्पोरेशन के इंजीनियरिंग अनुसंधान परिषद संयुक्त रूप से NSERC सहयोगात्मक अनुसंधान और विकास अनुदान कार्यक्रम के माध्यम से इस शोध का समर्थन किया।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment for Air Cannon Set-Up | |||
| 30-gallon air tank | Steel Fab | A10028 | |
| Solenoid actuated poppet valve | Parker Hannifin Corp. | #16F24C2164A3F4C80 | |
| 1.5" NPT rubber hose | |||
| Rectangular steel tubing | |||
| Stop mechanism | Customized | ||
| Stainless steel plates | Customized | ||
| Wooden projectile | Customized | ||
| 1 kW high-intensity incandescent light | Photographic Analysis Ltd. | T986851 | |
| Light diffuser sheet | |||
| Optic sensor | BANNER | SM312LV | |
| Equipment for Spinning Disc Set-Up | |||
| Motor | WEG | TEFC-W22 | |
| Bearings | |||
| Disk | Customized | ||
| Fiber optic light source | Fiberoptics Technology Incorporated | MO150AC | |
| High intensity LED array | Torshare Ltd. | TF10CA | |
| Vacuum | Ridge Tool Company | WD09450 | |
| Interrupter | Customized | ||
| Shared Equipment for Both Devices | |||
| Phantom v611 high-speed cine camera | Vision Research Inc. | V611 | |
| Phantom v12 high-speed cine camera | Vision Research Inc. | V12 | |
| Zoom 7000 lens | Navitar Inc. | Zoom 7000 | |
| Zoom 6000 lens | Navitar Inc. | Zoom 6000 | |
| Compressed nitrogen tank | Praxair Technology, Inc. | ||
| Pressure regulator | Praxair Technology, Inc. | PRS20124351CGA | |
| Hose for compressed nitrogen | Swagelok Company | SS-CT8SL8SL8-12 | |
| Hose for liquid | Swagelok Company | SS-7R8TA8TA8 | |
| Accumulator | Accumulators, Inc. | A131003XS | |
| Solenoid Valve | Solenoid Solutions Inc. | 2223X-A440-00 | |
| Pressure transducer | WIKA Instruments Ltd | #50398083 | |
| Nozzle assembly | Customized | ||
| Glycerin | |||
| Poly(ethylene oxide) | |||
References
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