Abstract
Yüksek hızlı bir hareket eden yüzey üzerine bir sıvı jetinin incelenmesi için iki cihaz tarif edilmektedir: Bir hava top cihazı 15 ve 100 m arasında yüzey hızları incelenmesi için bir döner disk cihazı ((0 ile 25 m / san arasında yüzey hızları incelenmesi için) / sn). Hava topu doğrusal hareket ahşap merminin üstüne monte edilmiş bir metal ray yüzeyi hızlandırmak için tasarlanmış bir pnömatik enerji güç bir sistemdir. Bir selenoid vana ile donatılmış bir basınçlı silindir hızla top namlusu aşağı merminin zorlayarak, varil içine basınçlı hava bültenleri. Mermi metal üst yüzey üzerine bir sıvı jetinin çarpar bir püskürtme memesi altından geçecek ve mermi daha sonra bir durdurma mekanizması vurur. Bir kamera jet sıkışma kaydeder ve bir basınç dönüştürücü püskürtme memesi backpressure kaydeder. döner disk set-up değişken frekanslı sürücü (VFD) motor ile 500 rpm 3000 hızlarına ulaşan bir çelik disk oluşur. Bir püskürtme sistemi siHava topu o kadar Milar dönen diske impinges bir sıvı jet üretir, ve birkaç optik erişim noktalarında yerleştirilen kameralar jet sıkışma kaydedin. Jet sıkışma süreçlerinin video kayıtları kaydedildi ve sıkışma sonucu sıçrama, sıçramak, ya da çökelme olup olmadığını belirlemek için incelenir. aparatları yüksek hızlı hareketli yüzeylerde düşük Reynolds numarası sıvı jetleri yüksek hızda çarpmasını içeren ilk bulunmaktadır. Ray sanayi uygulamalara ek olarak, açıklanan teknik gibi çelik üretim gibi teknik ve endüstriyel amaçlar için de kullanılıyor olabilir ve yüksek hızlı 3D baskı ile ilgili olabilir.
Introduction
Bu araştırma transferi verimliliği ve düzgün birikim sonuçlarının yüksek derecelerde elde ederken hareketli yüzeye sıvı jet formunda LFM (Sıvı Sürtünme Değiştirici) uygulanması için stratejiler belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu hedefe ulaşmada yüzeyleri hareketli sıvı jet sıkışma etkileyen faktörler kapsamlı bir anlayış geliştirme içerir.
Proje demiryolu sektöründe kullanılan yağlama uygulama tekniklerinin etkinliğini artırmak için bir ihtiyaç motive edilir. Yakıt tüketimi ve lokomotif bakım maliyetleri, sürtünme modifiye edici maddenin, ince bir film tabakası azaltmanın bir yolu olarak, klasik rayların üst ray yüzeyine tatbik edilmektedir. Son zamanlarda yapılan çalışmalar, rayın üst için su bazlı LFM bir tür uygulama (Devri) sürtünme kontrolü 50,% 1,2 aşan göre aşınma% 6 ve demiryolu tekerlek flanşı ile enerji tüketim seviyelerini azalttığını göstermiştir. Diğer çalışmalar demiryolu parça için geçerli LFM azalttığını göstermiştirlateral kuvvet ve gürültü seviyeleri yanı sıra, daha da önemlisi, parça oluk ve raydan 3,4 önemli bir nedenidir haddeleme temas yorgunluğu, gelen hasar. Bu sonuçlar daha Tokyo metro sistemi 5 saha testleri teyit edilmiştir.
LFMs şu anda Kanada ve Amerika Birleşik Devletleri boyunca lokomotif onlarca bağlı hava üflemeli atomizörler dağıtılır. Bu uygulama biçiminde, LFM demiryolu araba hareket altına monte atomizörler ile rayların üstüne uygulanır. Gerekli yüksek hacimli ve yüksek basınçlı hava besleme düzeyleri ulaşılabilir olmayabilir çünkü LFM uygulama Bu mod, birçok demiryolu lokomotif uygulamak zordur. Hava püskürtmeli sprey memeleri, aynı zamanda, bir crosswind çalıştırıldığında rüzgar var orijinal yoldan sapmaya ince damlacıkları neden olarak, yüksek ölçüde düzensiz ray kapsama üretmek inanılmaktadır. Aynı için rüzgar var da meme kirlenme dahil olduğu bilinmektedir, büyük olasılıklanedeni. Hava üflemeli atomizerlerine ile ilişkili sorunlar nedeniyle, demiryolu sektörü şu anda ray parçaları üzerine LFM uygulamasına alternatif yaklaşımlar arıyor. Geçerli bir çözüm, sıvı jetleri nedeniyle düşük sürükleme kadar atalet oranı etkileri crosswind karşı daha az hassas olduğundan, kesintisiz bir (atomize olan) bir sıvı jet ile LFM dağıtma içerir. Ayrıca, atomize memeleri için gerekli olan yüksek hava basıncı ve ses seviyeleri sıvı jet püskürtme teknolojileri gerekli değildir, çünkü LFM uygulama oranı üzerinde etkili kontrolünü sürdürmek daha akıcı ve sağlam püskürtme mekanizmaları olarak ikinci hareket.
Benzer fizik, damlacık sıkışma bir alan, yoğun çalışılmıştır. Bu hareket, kuru düz bir yüzeye damlacık sıkışma için, davranış sıçramasına viskozite, yoğunluk, yüzey gerilimi ve darbe hızı 14,15 normal bileşeni içeren birçok parametreye bağlı olduğunu birçok araştırmacı tarafından bulundu. Kuş
Pratik önemine rağmen, hareketli yüzeylerde jet sıkışma akademik literatürde çok az ilgi görmüştür. Chiu-Webster ve Lister hareketli bir yüzey üzerinde kararlı ve kararsız viskoz jet sıkışma incelenen deneylerin geniş bir dizi gerçekleştirilen ve yazarlar sürekli akış halinde 6 için bir model geliştirdi. Hlod ark. Deneysel sonuçlarla 7 ile ek ayrılmaz koşullarda uzunluğu bilinmeyen bir etki alanındaki bir üçüncü dereceden ODE vasıtasıyla akışını ve karşılaştırılmıştır tahmin yapılandırmaları modellenmiştir. Ancak, Reynolds sayıları incelendiğindeBu çalışmaların hem tipik demiryolu LFM uygulamaları ile ilgili çok daha düşüktür. Gradeck ark. Sayısal ve deneysel çeşitli jet hızı, yüzey hızı ve meme çapı koşulları 8 altında hareket eden alt tabaka üzerine su jeti çarpma akış alanını araştırdık. Fujimoto ve arkadaşları., Su 9 ince bir film ile kaplı bir hareket eden alt-tabaka üzerine çarpan bir dairesel su jetinin ilave incelenmiştir akış özellikleri. Bununla birlikte, bu iki proje nispeten büyük meme çapları ve bir alt yüzeye ve bu çalışmada kullanılanlara göre püskürtme hızları kullanılır. Önceki deneysel sayısal ve analitik çalışmalar büyük bir veri vücut sağlamak olsa Dahası, çoğunluk ısı transferi parametreleri ziyade, jet sıçramasına davranış olarak sıvı akış süreçleri üzerine odaklanmıştır. Bu araştırmada verilen deneysel yöntem, böylece yeniden sıvı jet uygulama teknolojileri katkıdaküçük jet nozul çapları ve yüksek hızlı jet ve yüzey hızları içeren koşullar altında böyle teknikler inceltme. Bu yöntem ayrıca irtibat hatları hareketli ilişkili temel akışkanlar mekaniği problemleri hakkında bilgi geliştirir.
Yukarıda belirtilen çalışmalar genellikle düşük hızlı hareket eden yüzeyi ile düşük hızda jet etkileşimi yer var. Yüksek hızlı hareketli yüzeylere laminer yüksek hızlı jet sıkışma nispeten az sayıda çalışma bulunmaktadır. Yüksek hızlı sıvı jet impaktörü sırasında jet sıvı ince bir lamel oluşturan, darbe yerin yakınında radyal yayılır. Bu lamel sonra viskoz bir karakteristik U-şekilli lamel üreten, hareketli yüzeyi tarafından dayatılan zorlama ile mansap konveksiyonel edilir. Keshavarz ve diğ., Yüksek hızlı yüzeyler üzerine çarpan Newton ve elastik sıvı jetleri kullanan bu deneyler bildirmiştir. Bunlar iki ayrı gruba çarpma işlemlerini sınıflandırılmıştır: "biriktirme &# 8221; 10 "sıçrama". Darbe birikimi olarak sınıflandırılır için sıçrama damlacıklar halinde kırılır sonra yüzeyden ayırır ve sıvı lamel ile karakterizedir ise, jet sıvı, yüzeye uygun olmalıdır. Üçüncü sıkışma rejimi de tarif edilmiştir - "sıçramak". Bu, nispeten nadir rejiminde lamel "biriktirme" gibi, yüzeye bağlı kalır, ancak ince damlacıklar lamel ön kenarına yakın uzaklaştırılırlar. Newton tipi olmayan sıvı etkileri Takip eden bir çalışmada, Keshavarz ve ark. Sıçrama / yerleştirme barajın, hız oranı yüzey jet çarpma açısı ve püskürtü hızı, sadece küçük bir etkiye sahipken, Reynolds ve Deborah sayı ile belirlendiği sonucuna varmışlardır 11 . Değişken ortam hava basınçları altında yapılan deneylerde, Moulson ark. Keşfetti sıçrama / çökelme eşik Reynolds sayısı dramatik olduğunuBelirli bir eşik 12 tamamen sıçrama bastırır altında ortam hava basıncını düşürürken ortam hava basıncının azalması ile artar, (yani, yüksek ortam basıncı sıçrama jetleri daha eğilimli hale). Bu bulgu güçlü lamel üzerinde etkili aerodinamik kuvvetler lamel kaldırma-off ve sonraki sıçrama neden önemli bir rol oynadığını düşündürmektedir. Yüksek hızlı alt tabaka üzerinde yüksek hızlı çarpma üzerine son çalışmada, Sterling substrat hızı ve sıçrama eşiğine yakın jet koşulları için, sıçrama çok küçük lokalize yüzey pürüzlülüğü ve küçük jet dengesizlik tarafından tetiklenen olabileceğini gösterdi. O da bu koşullar lamel kaldırma-off ve yatıştırıldı altında stokastik süreç 13 olduğunu gösterdi.
Burada açıklanan deneysel protokol hareket eden bir yüksek hızlı yüzey ile sıvının temas içermeyen diğer fiziksel durumları incelemek için kullanılabilir. Örneğin, aynı yaklaşım helikopter blad incelemek için kullanılabilirE-girdap (vorteks sıvı izleyici parçacıkları ile renkli olması kaydıyla) etkileşim ve yüzeylerin robotik püskürtme.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. İplik Disk Cihazı
- (Örneğin, ortam sıcaklığı, akışkan özellikleri, jet ve yüzey hızı, vs.) bir tablo istenen test koşullarını ve kayıt test koşulları belirleyin.
- Malzemelerinin Hazırlanması
- Sıkışma testleri için gliserin-su ya da PEO-gliserin-su çözümleri hazırlayın.
- PEO gliserin su testi durumunda, yavaş yavaş, 24 saatlik bir süre boyunca hafif bir manyetik karıştırma altında damıtılmış su 1495,5 g 'ı içerisine PEO tozu (bir milyon ile dört milyon viskozite-ortalama moleküler ağırlığı) 4.5 g çözülür. Aşırı mekanik bozulmayı önlemek için PEO örnek ajitasyon kaçının.
- Yavaş yavaş 0.15% PEO konsantrasyon ve% 50 gliserin konsantrasyonunun sulu bir çözüme ulaşmak için, 24 saatlik bir süre boyunca sulu bir PEO çözeltisine USP dereceli gliserin, 1.5 kg ekleyin.
- Önce ve mini her testten sonra RT altında hava geçirmez kaplarda ayrı ayrı deney sıvıları MağazaMize buharlaşma, ortam hava ve kirden su emme. Karakterize ve hazırlık beş gün içinde sıvıları sprey.
- Sıkışma testleri için gliserin-su ya da PEO-gliserin-su çözümleri hazırlayın.
- Deneylerin Performans
- Emin olun dönen disk hava rulmanın hava besleme vanasının açık olduğunu ve manometre okuma doğru çalışma aralığı (60-80 psi) olduğunu. Disk ve yatakları ile herhangi bir sorun olup olmadığını kontrol etmek 5 rotasyonlar, disk hareketini engelleyen ve her iki yönde elle diski dönüşebilir Temizle şey.
- Temiz ve güvenli sıkıştırılmış gaz test sıvısı basınçlandırması için akümülatör kapalı. 1-galon akümülatör sıvı portuna test sıvısı 3 kg dökün.
- Bir basınç regülatörü aracılığı ile azot tankına akümülatör gaz noktasını bağlayın. Jet püskürtme memesine akümülatör sıvı portuna bağlayın.
- Set up kontrol sistemi ve yüksek hızda görüntüleme sistemi.
- Dönen disk kontrol yazılımı ve VFD kontrol yazılımı başlatın.Pozisyon iki yüksek hızlı sine 35 cm uzakta darbe noktasından kamera ve iki açıdan sıkışma noktasını yakalamak için yüksek büyütme lensleri ayarlayın.
- En iyi görüntü kalitesi (Şekil 1) için bir eşit aydınlatılmış arka plan elde etmek için 150 W fiber optik ışık kaynağı ayarlayın. Bu noktada kontrol sistemi Güç kamera ayarı kolaylaştırmak için.
- Beklendiği gibi sistem çalıştığından emin olmak için kontrol yazılımı 'Öz-kontrol' butonuna tıklayarak kendini kontrol rutin gerçekleştirin.
- Bir jet sıkışma testi yapın
- VFD kontrol yazılımı (500-3,000 rpm) ile istenilen değere disk hızı ayarlayın.
- Bir testi gerçekleştirmek için, 'Testi dizisi' butonuna tıklayarak kontrol yazılımı otomatik deneysel dizisi başlatmak. Yazılım otomatik olarak optimal parametrelerini belirlemek ve buna göre testi gerçekleştirmek için sistemin her bileşenini koordine edecektir.
- (Örneğin, Şekil 2'de ekran görüntüsünü bakınız) Ortaya çıkan sıkışma testi video kaydetmek. Okuyun ve kayıt yüzey hızı, kontrol yazılımı basıncı ve sıcaklığı geri püskürtme memesine.
Not: Her testten sonra, bir disk temizleme dizisi durulayın ve disk yüzeyine kurumasını otomatik olarak çalışır. Tüm test sıvısı kalıntı kaldırıldı kadar temizleme döngüsü gerektiği kadar tekrarlayın.
DİKKAT: su ve gliserin çözeltisi deney sıvıları temizleme dizisi ile temizlenebilir, diğer LFMs aseton gibi organik çözücüler ile temizlenmesi gerekir. Bu gibi durumlarda, doğrudan diski püskürtme yerine bir keçe ile temizlik malzemesi uygulanır.
- Veri Analizi
- Her test koşulu (örneğin, sıvı özellikleri, ortam sıcaklığı, yüzey pürüzlülüğü, vs.) bir elektronik tablo içeren bilgi hazırlayın.
- Sine görüntüleme yazılımı ile kaydedilen jet çarpma görüntüleri açın, normal olarak tam video kayıtları oynatmakhızlandırmak ve jet darbe davranışlarını gözlemlemek.
- Kayıt sıkışma davranış özellikleri, deney set-up ile komplikasyonları gösterebilir herhangi bir olağandışı trendleri günlüğü, hazırlanan elektronik tabloda (sıçrama / sıçrama / çökelme bakınız Şekil 3).
- Bir elektronik test sonuçları ve şartları kaydedin. Tutanak önemli bulgular ve test günlüğüne (örneğin, sıçrama / çökelme eşik noktası, sıçrama / çökelme geçişleri, vb) olağandışı olaylar. Gerektiğinde ekran görüntülerini kaydetmek.
- Görüntü analiz ölçümleri ve kayıt verilerini Davranış.
- Ekrandaki piksel ölçüm aracı başlatın. Açık sıkışma görüntüleri ve ekrandaki piksel ölçüm aracı (Şekil 4) ile görüntülerde bir mikro-cetvel ölçerek görüntü ölçeğini kalibre.
- Piksel ölçüm t (bakınız Şekil 5, örneğin, lamel yayılmış genişliği, W, ve lamel durgunluk noktası yarıçapı, R) ilgi Tedbir boyutlarıjet hazırlanan e-tabloya video ve kayıt verileri en istikrarlı gibi görünen bir noktada ool. Sonra jet ve lamel hem kararlı olduklarını teyit etmek için 100 kare ölçümlerin ilk grup sonra ölçümlerin başka bir grup alır. Bir grafikteki veri noktaları ve eğri uydurma tamamlayın.
2. Hava Topu Cihazı
- Istenilen test koşullarını belirlemek ve adım 1.1 gibi materyalleri hazırlamak ve 1.2 adım.
- Deneylerin Performans
- Sistem kontrol yazılımı kadar güç.
- Top namlu içine mermi yerleştirin. Düzgün bir testte (Şekil 6) sonra mermi yakalamak için varil çıkmak yakın durma mekanizması taşıyın.
- Hava tankı giden basınçlı bina hava hattı açın. İstenen mermi hızına bağlı olarak, 30 psi ile 70 psi arasında tankın basınç. 30 psi basınç tankı yaklaşık 5 bir mermi hızını verirm / sn ve 70 psi yaklaşık 25 m / sn'lik bir hıza verir.
- Test sıvısı basınçlandırma için sıkıştırılmış gaz kapalı akümülatör hazırlayın.
- Akümülatör sıvı portuna test sıvısı 3 kg dökün. Sıvı jet püskürtme memesine akümülatör gaz vanasından boru bağlayın, ve 300 psig akümülatör basıncını ayarlamak.
- Makas jack kamerayı takın. Jet püskürtme memesi yanında konumlandırılmış platforma makas jack sabitleyin.
- Kamera karşısında ve difüzyon tabakasının arkasına yerleştirilmiş platform, yüksek yoğunluklu ışık kaynağı sabitleyin. Yazılım kontrol arayüzü video kamera izleme işlevini kullanarak aydınlatma ve kamera konumlandırma kontrol edin ve gerekirse (Şekil 7) konumlandırma ayarlayın.
- Hava topu ses patlamanın korunmak için earmuffs koyun.
- Sinyal birden çok kez topu kontrol paneli kilidini, ve kontrol panelindeki uyarı düğmesine basınBir deney başlangıcı.
- Hava topu varil hava tankı bağlayan selenoid vana açılır kontrol paneli düğmesine tıklayın.
- Cihaz ateş ve mermi ele sonra, sıvıyı ve artık bir test sıvısını çıkarmak için bir sünger temizlik ile silerek Cihazı temizlemek. Son olarak, merminin çarpma yüzeyini kurulayın.
- Sabit (10 cm) bir mesafe hareket etmesi merminin için gereken süreyi ölçmek suretiyle kaydedilmiş yüksek hızlı video merminin hızını ölçer. Adım 1.5 gibi verileri analiz.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Giriş bölümünde tartışıldığı gibi, sıvı jet sıkışma ile ilişkili üç ana davranışları biriktirme, sıçramak ve sıçrama vardır. Bu jet çarpma davranışları çeşitli optik noktalarda konumlandırılmış yüksek hızda sine kameralar tarafından kaydedilen video verileri kullanılarak gözlenir. Üç sıvı püskürtme sonuçlarını tasvir video kayıtları elde edilen hareketsiz görüntüler, örnekleri, Şekil gösterilmiştir 3. Şekil 3A, püskürtme darbe yüzeyine doğru, tamamen düz ve sürekli bir akış içinde aktığı sıvı püskürtme birikimini gösterir. Jet yüzeye yapışır ve deneyin geri kalan süresi için yüzey üzerinde kalır. jeti ya sıçrama kalan kısmı (Şekil 3B ile, sıvı püskürtme kısmen darbe yüzeyine yapışır ki 3B ve 3C az optimum sonuçlar Şekil ) ya da etkisi üzerine (Şekil 3C) sıçramasına.
Verilen video verisinin oldukça basit doğası göz önüne alındığında jove_content ">, belirsiz sonuçlar nadir ve tekrarlanabilir sonuçlar deneysel cihazlar hem elde edilmiştir edilir. Ancak, genellikle çok düzgün yüzey pürüzlülük koşulları içeren çok nadir durumlarda, bir sıvı jetinin lamel karaktenze edilir. Bu darbe yüzeyinin tamamen ayrılırlar neden olur bu şekilde (Şekil 8) yüzeyde damlalar veya sertliği ile etkileşime girebilir eşit sıradışı durumlarda, akış, küçük bir rahatsızlık, jet içinde düzensizlikler üretebilen yüzeyi üzerine çarpma uzun bir süre için yüzeyden ayırmak için jet neden güçlendirilmiş olur (Şekil 9). Bu nadir olgular genellikle sadece (Re = 100 ~ 2.500) olarak. tutarlılık yüksek yüzey hızları ve orta jet sıvı viskoziteleri için ortaya Sonuçlar ölçüde bir pompa aksine, bir sıvı iter test sıvı, sürüş için bir basınç akümülatör kullanımına alacak olan Sabit oran, bir çok düzgün bir eylem üreten ve böylece son derece tutarlı bir üniforma ve sürekli sıvı akışı.Sıçrama açısından / çökelme özellikleri ile, sonuçlar yüzey sertliğine azalan um 0.01 arasında değişen ve 1 ortalama pürüzlülük yükseklikleri metal yüzeyler için çarpan jet daha duyarlı sıçrama yapar göstermektedir. Örneğin, Şekil 3A ve Şekil 3C, benzer bir jet ve yüzey hızı koşulları altında sıkışma göstermektedir. Şekil 3A jet birikim 0.51 mikron ortalama pürüzlülük yüksekliği yüzey üzerinde oluşur, ancak ortalama pürüzlülük yüksekliği 0.016 mm (Şekil 3C) olduğunda jet sıçrama oluşur. Pürüzlülüğüne Bu bağımlılık Keshavarz ark. 10,11, yüzey pürüzlülüğü lamel kalınlığı önemli ölçüde daha büyüktür daha pürüzlü yüzeyler üzerinde sıkışma okudu tarafından gözlenen tersidir.
Sıvı jet çapı;, sıvı viskozitesi, yoğunluğu ve yüzey gerilimi, yüzey hızı ve pürüzlülük; _content "> sıçrama eşiği bir sıvı jet hızı karmaşık bir işlevdir. ve çevredeki hava özellikleri sıçrama bazı basit teoriler ileri sürülmektedir rağmen 10-12, şu anda genellikle 12 sıçrama habercisi olan fenomen. Lamel Fırlatmaya, hiçbir kapsamlı bir açıklama yoktur, lamel geometrisi bir işlevi olduğuna inanılmaktadır. Şekil 10'da görüldüğü gibi, lamel geometrisi kendisini karmaşık bir işlevdir jet ve yüzey hızları ve sıvı fiziksel özellikleri de dahil olmak üzere birçok değişkenlerin.
Disk aygıtı iplik optik konfigürasyonu Şekil 1. şematik. tıklayınız to Bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek.
Şekil 2. Tipik bir video kaydı ekran görüntüsü. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 3. Üç tipik akış rejimleri. (A) çökelme, (B) sıçramak, (C) sıçrama. Bütün durumlarda sağdan substrat hareket sola ve jet çapı 564 mm. İlgili jet ve yüzey koşulları şunlardır: (A) V jeti = 18,3 m / sn, V = substrat 7.50 m / sn, μ jet = 0,0194 N · sn / m 2, ρ jet = 1,180kg / m 3, σ jet = 0,0656 N / m, Re jet = 629, Biz jet = 3,400; (B), V püskürtme = 9.5 m / sn, V alt-tabaka = 7.63 m / s, μ püskürtme = 0.0097 N • sn / m2, ρ püskürtme = / m3 998 kg σ püskürtme = 0,0717 N / m Re püskürtme = 552, Biz jet = 709; (C), V püskürtme = 17.3 m / s V alt-tabaka = 7.71 m / s, μ püskürtme = 0,0194 N • sn / m2, ρ püskürtme = / m3 1.180 kg σ püskürtme = 0,0656 N / m Re püskürtme = 594, Biz jet = 3,040. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Jet çapı ve lamel jeo Şekil 4. Ölçümügörüntü işleme yazılımı ile metry. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Karakteristik lamel boyutlarını gösteren jet çarpma Şekil 5. planformuna görünümü şematik. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 6. Hava topu mekanik yapılandırma. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 7. Hava topu optik yapılandırma. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Jet sıçrama jet birikimi geçişi gösteren Şekil 8. Zaman dizisi. Geçiş aksi kuru yüzeye yapışan çok ince damlacıklar neden bu sekansta. Yüzey / 7.52 m = hız V yüzeyde sn sağdan sola doğru hareket ediyor. jet koşulları şunlardır: D jet = 564 mikron; V jet = 17,5 m / sn, μ jet = 0,0194 N · sn / m 2, ρ jet = / m 3 1.180 kg, σ jet = 0,0656 N / m, Re jet = 600, Biz jet= 3,110. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Jet sıçrama jet birikimi geçişi gösteren Şekil 9. Zaman dizisi. Geçiş akışını bozan jet küçük bir hava kabarcığı neden bu sekansta. Yüzey / 7.43 m = hız V yüzeyde sn sağdan sola doğru hareket ediyor. jet koşulları şunlardır: D jet = 564 mikron; V jet = 15.8 m / sn, μ jet = 0,0194 N · sn / m 2, ρ jet = / m 3 1.180 kg, σ jet = 0,0656 N / m, Re jet = 542, Biz jet = 2,530. için tıklayınız Daha büyük bir versiyonunu görmekBu rakamın.
Yüzey. Yüzey hızı V substrat Reynolds sayısının bir fonksiyonu olarak jet çapı oranı Şekil 10. Lamel yayılmış genişliği, 300 jet bir Reynolds sayısı 75 Re S vererek, 60 m / sn 15 m / sn den zengindir koşullar şunlardır: D jet = 281 mikron; V jet = 14,6 m / sn, μ jet = 0,0701 N · sn / m 2, ρ jet = 1,220 kg / m 3, σ jet = 0,0640 N / m, Re jet = 71.4, Biz jet = 1,140.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Hava topu set-up için kullanılan mermi hafif, ahşap taban oluşur. Hafif çok testlerinden sonra ahşap malzemenin fiş rağmen, bu durdurma mekanizmasının etki üzerine kırılmaya eğilimi, plastik veya metal gibi malzemelerin oluşan mermi daha etkili bir şekilde kinetik enerjiyi emmek için tespit edilmiştir. Ahşap merminin boyutları dolayısıyla hava kaçağı kısıtlayan, yakından çelik namlu içini maç için tasarlanmıştır. Kontrplak iki tabaka arasında sabitlenmiş bir 1/8 "kalın kauçuk tabakası bundan başka namlusunun iç çevresinde conta sıkmak için merminin arka kısmına takılır. Sıvı jetinin en az bir girişim ile bir test üç yüzeyler çarpacak, böylece merminin üstüne monte edilmiş metal çarpma yüzeyleri farklı pürüzlülük yükseklikleri üç ayrı metal plaka olarak sabitlenmiş olan, 2.5 cm aralıklı yerleştirilmiş. merminin ön inci bir diken bir aerodinamik burun içine şekilleniriçinde bir mandal mekanizması ile ağır alüminyum bir gövdeye sahip durdurma mekanizması, böylece burun e alt etkisi üzerine mermi güvenli bir şekilde bağlanır. Aksine yerde sabit olmaktan çok, durdurma mekanizması mermisini yakalamak üzerine kabaca 60 cm geriye kayar. Bu fonksiyon mermi kinetik enerjiyi dağıtır ve maddi hasar görmesini önler.
Hava topu cihaza bağlı yüksek hızlı sine kamera mermi yüzeyinde jet çarpmasının görüntüler. Kameranın geniş ekran CMOS sensör, bir derece yüksek kare hızları ve çözünürlüklerde görüntü yakalamanızı sağlar. A 1 kW, yüksek yoğunluklu akkor ışık kaynağı görüş alanını aydınlatmak için kullanılan ve bir ışık difüzör levha ışık kaynağı ve bir eşit aydınlatılmış arka plan elde etmek sıkışma noktası arasına yerleştirilir. İki kamera ve ışık kaynakları birden fazla açıdan video kayıtları yakalamak için iplik disk aygıtı yüklü. Yukarıda yer alan bir kameraİkinci kamera yan görünüm kayıtları ise sıkışma noktası, jet çarpma ön görünümünü kaydeder. Kamera lensleri Test sıvıları ile teması önlemek için ve her testten sonra net bir görüntüleme penceresi sağlamak için asetat film bir levha ile kaplıdır. yan görüş kamerası yerel aks engelleme olmadan darbe sitesini aydınlatan bir yüksek yoğunluklu fiber-optik ışık kaynağı tarafından aydınlatılır. ön görüş kamerası, yüksek-yoğunlukta, 100 W, bir kolimatör lens ile donatılmış 6,700 Lümen beyaz LED dizisi ile aydınlatılmıştır.
İki deney seti-up iki özel inşa kontrol kutuları ile elektrikle kontrol edilir. ısmarlama kontrol yazılımı kullanıcı oluşturmak ve kontrol kutusunun içinde bir USB DAQ sistemi ile dijital ve analog sinyalleri toplamak için izin verir. Bir denetleyici sonra deneysel set-up (yüksek hızlı kamera, ışık, ağızlık, vb) her bir bileşenini kontrol etmek için bu sinyalleri kullanır.
tarif exBu iki ayrı makineler yüzey hızları geniş bir yelpazede test etmek için inşa edildi içinde zenlenen set-up sınırlıdır. Bir laboratuvar sınırlı alanı içinde, olmayan yıkıcı 25 m / sn den daha yüksek hızlarda hareket eden bir mermi durdurmak çok zordur, çünkü hava topu cihaz sadece düşük hızlarda çalıştırılabilir. Eğirme disk ile diskin dönme hareketi sırayla sıvı mekaniği etkileyecek sıvının üzerinde ilişkili merkezcil kuvvetler, neden olacağı endişesi vardı. Hava topu (doğrusal yüzey hızı) ve iplik diskte aynı jet koşulları ve aynı yüzey hızları ile test olarak yersiz olduğunu kanıtladı Bu endişe neredeyse aynı çarpma özellikleri vermiştir. izin verilen maksimum Reynolds sayısı, sıvı püskürtme dağılmasından ile sınırlıdır. Bu set-up üzerinde yapılan deneylerde, 1.500 Reynolds sayısı kolayca ulaşıldı. Yüksek hızlı set-up Yüzey hızı VFD motor kapasitesi ile sınırlıdır (yani, maksimum çürüklüğüilli hız ve sürükle, atalet, vb) üstesinden gelmek için maksimum güç çıkışı disk ve mil dengeli olması koşuluyla.
açıklanan aparatları da küçük sıvı püskürtme memesi çapları kullanılarak yüksek yüzey hızı koşulları üzerinde yüksek hızda sıvı jet çarpma çalışma (25-100 m / sn) uyum olduğu sıvı jet sıkışma incelemek mevcut teknikleri farklıdır. Sabit ve düşük hızda hareket eden yüzeylerde meydana sıvı jet çarpma işlemleri yüksek hızlı, açıklanan teknik daha altında sıvı jet çarpma davranışları hakkında bilgi mevcut olabilir sıvı birikmesi ve yayılma desenleri açısından yüzeyleri hareketli ilişkili olanlar önemli ölçüde farklılık Çünkü koşulları daha geniş bir aralığı. Sıvı jet sıkışma ile ilişkili sıçrama, sıçramak ve çökelme süreçleri tekniğin odak daha önce ısı transfer desenleri ile meşgul olan bu alanda, bir bilgi boşluğu giderir. Sıvısı olarakBir alt tabaka üzerine jet çarpma gelecekteki araştırmalar için birçok olası yollar pozlar oldukça karmaşık fazlı akışkanlar mekaniği sorunu, açıklanan teknik gibi çelik ve mürekkep püskürtmeli baskı, soğutma, ısıtma ve yüzey olarak teknik ve endüstriyel uygulamalar bir dizi için kullanılabilir olduğunu kaplama.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.
Acknowledgments
Doğa Bilimleri ve Kanada'nın (NSERC) ve LB Foster Rail Technologies Corp. Mühendislik Araştırma Konseyi ortaklaşa NSERC İşbirlikçi Araştırma ve Geliştirme Hibe programı aracılığıyla bu araştırmayı destekledi.
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
- Cotter, J., et al. Top of Rail Friction Control: Reductions in Fuel and Greenhouse Gas Emissions. Proc. Of the 2005 Conference of the International Heavy Haul Association (Rio de Janeiro). , 327-334 (2005).
- Eadie, D. T., Bovey, E., Kalousek, J. The role of friction control in effective management of the wheel/rail interface). Railway Technical Conference. , (2002).
- Stock, R., Eadie, D. T., Elvidge, D., Oldknow, K. Influencing rolling contact fatigue through top of rail friction modifier application–A full scale wheel–rail test rig study. Wear. 271 (1), 134-142 (2011).
- Eadie, D. T., Santoro, M. Top-of-rail friction control for curve noise mitigation and corrugation rate reduction. Journal of Sound and Vibration. 293 (3), 747-757 (2006).
- Tomeoka, M., Kabe, N., Tanimoto, M., Miyauchi, E., Nakata, M. Friction control between wheel and rail by means of on-board lubrication. Wear. 253 (1), 124-129 (2002).
- Chiu-Webster, S., Lister, J. R. The fall of a viscous thread onto a moving surface: a ‘fluid-mechanical sewing machine. Journal of Fluid Mechanics. 569 (1), 124-129 (2006).
- Hlod, A., Aarts, A. C. T., Van De Ven, A. A. F., Peletier, M. A. Mathematical model of falling of a viscous jet onto a moving surface. European Journal of Applied Mathematics. 18 (06), 659-677 (2007).
- Gradeck, M., Kouachi, A., Dani, A., Arnoult, D., Borean, J. L. Experimental and numerical study of the hydraulic jump of an impinging jet on a moving surface. Experimental Thermal and Fluid Science. 30 (3), 193-201 (2006).
- Fujimoto, H., Suzuki, Y., Hama, T., Takuda, H. Flow Characteristics of Circular Liquid Jet Impinging on a Moving Surface Covered with a Water Film. ISIJ international. 51 (9), 1497-1505 (2011).
- Keshavarz, B., Green, S. I., Davy, M. H., Eadie, D. T. Newtonian liquid jet impaction on a high-speed moving surface. International Journal of Heat and Fluid Flow. 32 (6), 1216-1225 (2011).
- Keshavarz, B., Green, S. I., Eadie, D. T. Elastic liquid jet impaction on a high speed moving surface. AIChE Journal. 58 (11), 3568-3577 (2012).
- Moulson, J. B. T., Green, S. I. Effect of ambient air on liquid jet impingement on a moving substrate. Physics of Fluids. 25 (10), 102106 (2013).
- Sterling, G. E. G. An experimental study on jet impingement on a very high speed moving surface. UBC M.A.Sc. Thesis. , (2012).
- Povarov, O. A., Nazarov, O. I., Ignat'evskaya, L. A., Nikol'skii, A. I. Interaction of drops with boundary layer on rotating surfaces. Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 31 (6), 1453-1456 (1976).
- Fathi, S., Dickens, P., Fouchal, F. Regimes of droplet train impact on a moving surface in an additive manufacturing process. Journal of Materials Processing Technology. 210 (3), 550-559 (2010).
- Bird, J. C., Tsai, S. S., Stone, H. A. Inclined to splash: triggering and inhibiting a splash with tangential velocity. New Journal of Physics. 11 (6), 063017 (2009).
- Range, K., Feuillebois, F. Influence of surface roughness on liquid drop impact. Journal of Colloid and Interface science. 203 (1), 16-30 (1998).
- Crooks, R., Boger, D. V. Influence of fluid elasticity on drops impacting on dry surfaces. Journal of Rheology. 44 (4), 973-996 (2000).
