Abstract
고속 이동 표면에 액체 제트 충돌 검사를위한 두 개의 장치가 기재되어있다 : 공기 캐논 장치 (15) 및 100m 사이의 표면 속도를 검사 및 회전 디스크 장치 ((0 ~ 25m / 초 사이의 표면 속도를 검사하기위한) / 초). 공기 캐논 선형 이송 나무 발사체의 상단에 탑재 레일 금속 표면을 촉진하도록 설계되어 에너지 공압 구동 시스템이다. 솔레노이드 밸브가 장착 된 고압 실린더는 빠르게 대포 배럴 아래로 발사체를 강제 배럴에 압축 공기를 발표한다. 발사체는 금속 상면에 액체 분사를 충돌 분무 노즐, 아래에 이동하고, 발사체는 정지기구 안타. 카메라는 제트 충돌을 기록하고, 압력 변환기는 스프레이 노즐 배압을 기록한다. 회전 디스크 셋업 가변 주파수 드라이브 (VFD)를 통해 모터 (500)에 3000 RPM의 속도에 도달 강철 디스크로 구성된다. 분무 시스템 SI공기 캐논의 것과 유사한 구성이 스피닝 디스크에 충돌하여 액체 제트를 생성하고, 광 여러 액세스 포인트들에 위치 카메라는 제트 충돌을 기록한다. 제트 충돌 과정의 영상 녹화 기록과 충돌의 결과가 스플래시, 튄, 또는 증착인지 여부를 확인하도록한다. 장치는 고속 이동 표면에 저 레이놀즈 수의 액체 제트의 고속 충돌을 수반하는 제이다. 그 철도 산업 애플리케이션 외에 기재된 기술은 기술적 및 제강 산업 목적을 위해 사용될 수 있고, 고속 3D 인쇄와 관련 될 수있다.
Introduction
이 연구는 전사 효율 및 균일 한 증착 높은 수준의 결과를 달성하면서 표면 상에 움직이는 액체 분사 형태 LFM (액체 마찰 개질제)을인가하기위한 전략을 결정하는 것이다. 이 목표를 달성하기 위해서는 표면을 이동하는 액체 제트 충돌에 영향을 미치는 요인에 대한 포괄적 인 이해를 개발하는 것을 포함한다.
프로젝트는 철도 분야에 사용되는 윤활 적용 기술의 효율성을 개선 할 필요성에 의해 동기된다. 연료 소비와 유지비 기관차, 마찰 개질제의 박막을 감소시키는 수단으로서 현재 종래의 철도 레일의 상부 표면에 적용되고있다. 최근 연구 레일의 상단 용 수계 LFM의 한 유형을인가 (TOR) 마찰 제어 1,2- 50 % 초과 6 %에 의한 마모 및 레일 및 휠 플랜지에 의해 에너지 소비량을 줄일 것을 보여 주었다. 다른 연구 레일 트랙에 적용 LFM 줄일 것을 보여 주었다의 측면 힘과 소음뿐만 아니라, 같은 더 중요한 것은, 트랙 주름과 탈선 3,4의 주요 원인입니다 구름 접촉 피로, 손상. 이러한 결과는 더 도쿄 지하철 5 필드 테스트에서 확인되었다.
LFMs 현재 캐나다와 미국 전역의 기관차의 수십에 부착 된 공기 폭발 분무기로부터 분배된다. 응용 프로그램이 형식에서, LFM은 철도 차량을 이동 아래에 장착 분무기에 의해 철도 트랙의 상단에 적용됩니다. 필요한 대용량 및 고압 공기 공급 레벨이 달성되지 않을 수 있기 LFM 응용 모드는 다수의 철도 기관차에 구현하기가 어렵다. 에어 블라스트 스프레이 노즐도 측풍에서 동작 할 때 측풍 원래 궤적 일탈 미세한 액적 분무를 초래하기 때문에, 매우 불규칙한 레일 범위를 생성하도록 추정된다. 동일한 용 측풍 또한 노즐 오염에 관여하는 것으로 알려져 있으며, 가능성이유. 공기 폭발 분무기와 관련된 문제로 인해, 철도 부문은 현재 궤도 상에 LFM 응용 프로그램에 다른 방법을 찾고있다. 한 가지 가능한 솔루션은 액체 제트는 그들의 낮은 드래그 - 투 - 관성 비에 효과를 측풍에 덜 민감한만큼, 연속 (- 분무되지 않음) 액체 제트에 의해 LFM 분배 포함한다. 또한, 분무 노즐에 필요한 높은 공기 압력 및 볼륨 레벨은 액체 분사 스프레이 기술이 필요하지 않기 때문에, LFM 애플리케이션의 속도를 통해 효과적인 제어를 유지 더 효율적이고 강력한 분사기구로서 후자 법.
유사한 물리 방울의 충돌 면적이 예의 검토되어왔다. 그것은 이동 건조 매끄러운 표면에 물방울의 충돌에 대해, 행동 튀는하는 점도, 밀도, 표면 장력과 충돌 속도 (14, 15)의 일반 성분을 포함하는 많은 매개 변수에 종속되어 있음을 여러 연구자들에 의해 발견되었다. 새
실용적인 중요성에도 불구하고, 이동 표면에 제트 충돌은 학계에서 거의 주목을 받고있다. 애기 웹스터 리스터와 이동면에 정상 및 비정상 점성 제트 충돌을 검사하는 실험의 광범위한 일련 행하고, 저자 정상류 케이스 (6)에 대한 모델을 개발 하였다. Hlod 등은. 실험 결과 7 추가적인 통합 상태에서 알 수없는 길이의 도메인에 3 차 ODE에 의한 흐름과 비교하여 예측 된 구성 모델. 그러나, 레이놀즈 수를 조사이러한 연구 모두에서 일반 철도 LFM 응용 프로그램과 관련된보다 훨씬 낮다. Gradeck는 외. 수치 적 및 실험적으로 각종 분사 속도, 표면 속도 및 노즐의 직경 8 조건 하에서 기판 상으로 이동하는 워터 제트 충돌의 유동장을 조사 하였다. 후지모토 등. 물 (9)의 얇은 막으로 덮여 이동 기판 상에 충돌하는 순환 수류의 부가 조사 유동 특성. 그러나, 이들 두 프로젝트는 비교적 큰 직경 노즐 및 하부 표면 및 본 연구에 사용 된 것과 비교하여 분사 속도를 사용 하였다. 이전 실험의 수치, 연구 및 분석 데이터의 큰 몸체를 제공하지만 또한, 대부분은 열전달 파라미터보다는 제트 튀는 동작으로 액체 흐름 공정에 초점을 맞추고있다. 본 연구 실험에 제공된 방법에 의해 재 따라서 액체 분사 응용 기술에 기여작은 제트 노즐 직경과 고속 분사 속도 및 표면을 포함한 조건 하에서 그러한 기술을 미립화. 본 발명의 방법은 접촉 라인을 이동과 관련된 기본적인 유체 역학 문제에 대한 지식을 정제한다.
상기 언급 된 연구는 일반적으로 저속 이동하는 표면과 저속 제트의 상호 작용을 포함 하였다. 고속 이동 표면에 층류 고속 제트 충돌 비교적 몇몇 연구가 있었다. 고속 액체 분사 박힘 중에 분사 액 얇은 라멜라를 형성하고, 충돌 위치의 근방에 방사상으로 퍼진다. 이 라멜라이어서 점성 특성이 U 자형 라멜라를 생성 이동면에 의해 부과 강제로 대류 하류된다. 케샤는 외. 고속 표면에 충돌 뉴턴과 탄성 액체 제트를 사용하는 실험에 신고되었습니다. 그들은 두 가지 유형으로 충돌 프로세스를 분류 "증착 및# 8221; 10 "시작". 충돌이 증착으로 분류되기 위해서는 스플래시 액 적이 연속적으로 끊기는 표면으로부터 분리하고, 액체 라멜라 특징으로하는 반면, 제트, 액체는 표면에 부착한다. 세 번째 충돌 정권은 또한 기술되었다 - "튄". 이러한 비교적 드문, 정권 라멜라는 "증착"에 관해서는, 표면에 부착 된 상태로 유지되지만 미세 방울 라멜라의 선단 부근에서 분사된다. 비 뉴턴 유체 효과 후속 연구에서 케샤는 외. 얼룩 / 증착 임계 주로 속도 비율 지표면 제트 충돌 각 제트 속도 일부분 만 효과가있는 반면, 레이놀즈 버러 숫자에 의해 결정된다는 결론을 내렸다 11 . 변수 대기 압력에서 수행 실험에서, Moulson 등은. 발견 된 시작 / 증착 임계 레이놀즈 수 극적으로 그특정 임계 값 (12)이 완전히 얼룩을 억제 아래 주변 공기 압력을 감소시키면서 주변 공기 압력의 감소에 따라 증가는 (즉, 더 높은 압력은 주위 스플래시 제트 경향 확인). 이 발견은 강하게 얇은 판에 작용하는 공기 역학적 힘이 라멜라 리프트 오프 (lift-off) 이후 시작의 원인에 중요한 역할을하는 것이 좋습니다. 고속 기판, 고속 충돌에 대한 최근 연구에서, 스털링 기판 속도와 스플래쉬 임계치에 가까운 분사 조건, 스플래시가 매우 작은 국부 표면 거칠기와 작은 제트 비정상 의해 트리거 될 수 있다는 것을 보여 주었다. 그는 또한 이러한 조건의 얇은 판 리프트 - 오프 (lift-off) 및 재 부착에 따라 확률 과정 13 것을 보여 주었다.
여기에 설명 된 실험 프로토콜은 고속으로 이동하는 표면과 유체의 상호 작용과 관련된 기타 물리적 상황을 연구하는데 사용될 수있다. 예를 들어, 동일한 접근법이 헬리콥터 BLAD를 연구하는데 이용 될 수있다전자 와류 (소용돌이 유체 트레이서 착색 입자로한다)의 표면과 상호 작용 로봇 분사.
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Protocol
1. 회전하는 디스크 장치
- (예를 들면, 주변 온도, 유체 성질 및 표면 분사 속도 등) 표에 원하는 시험 조건 및 시험 기록 상태를 식별한다.
- 재료의 준비
- 충돌 테스트를위한 글리세린 물 또는 PEO-글리세린 물 솔루션을 준비합니다.
- PEO-글리세린 물 시험의 경우에는, 서서히 24 시간에 걸쳐 완만 한 자기 교반하에 증류 물 1495.5 g에 PEO 분말 (백만 넷 만 점도 평균 분자량) 4.5 g을 용해. 지나치게 기계적인 저하를 방지하기 위해 PEO 샘플을 교반하지 마십시오.
- 점차적 PEO 0.15 %의 농도 50 %의 글리세린 농도의 수용액에 도달하도록 24 시간에 걸쳐 수성 액에 PEO USP 등급 글리세린 1.5 kg을 추가한다.
- 전 미니에 각 테스트 후 RT에서 밀폐 용기에 별도로 테스트 액체를 저장숙지시키고 증발, 대기 오염에서 물을 흡수. 특성화 및 준비의 5 일 이내에 액체를 스프레이.
- 충돌 테스트를위한 글리세린 물 또는 PEO-글리세린 물 솔루션을 준비합니다.
- 실험의 성능
- 확인 스피닝 디스크 에어 베어링의 공기 공급 용 밸브가 개방되고, 압력 게이지 판독 올바른 동작 범위 (60 ~ 80 psig의)이다. 디스크 및 베어링에 문제를 확인하기 위해 5 회전을 디스크의 움직임을 방해하고 양쪽 방향으로 손으로 디스크를 회전 할 수 지우기 아무것도.
- 깨끗하고 안전하게 압축 된 가스는 시험 유체 가압에 대한 누적를 마감했다. 1 갤런의 어큐뮬레이터 유체 포트에 시험액 3kg을 붓는다.
- 압력 조절기를 통해 질소 탱크에 어큐뮬레이터의 가스 포트를 연결한다. 제트 스프레이 노즐에 축적의 유체 포트를 연결합니다.
- 설정 제어 시스템과 고속 이미징 시스템.
- 회전 디스크 제어 소프트웨어와 VFD 제어 소프트웨어를 시작한다.두 위치 고속 시네 35cm 떨어진 지점에서 충돌 카메라 및 두 개의 각도에서 충돌 지점을 포착 고배율 렌즈를 조정한다.
- 최고 품질의 이미지 (그림 1)에 대한 조명이 균일하게 배경을 달성하기 위해 150 W 광섬유 광원을 조정합니다. 이 때의 제어 시스템에 전원 카메라 조정을 용이하게한다.
- 예상대로 시스템이 작동하는지 확인하기 위해 제어 소프트웨어에 '자기 확인'버튼을 클릭하여 자기 검사 루틴을 수행합니다.
- 제트 충돌 테스트를 수행
- VFD 제어 소프트웨어 (500-3,000 RPM)를 원하는 값으로 디스크 속도를 설정한다.
- 테스트를 수행하기 위해, '테스트 시퀀스'버튼을 클릭하여 제어 소프트웨어에서 자동 실험 순서를 시작. 소프트웨어는 자동으로 최적의 파라미터를 결정하고 그에 따라 시험을 수행하는 시스템의 각 구성 요소를 지휘한다.
- (예를 들어, 그림 2의 스크린 샷 참조) 그 결과 충돌 테스트 동영상을 저장합니다. 읽기 및 기록 속도면, 제어 소프트웨어에서의 압력과 온도를 다시 노즐.
주 : 각 시험 후 디스크 클리닝 시퀀스 헹구고 디스크 표면을 건조 자동으로 실행. 모든 시험 유체 잔류 물이 제거 될 때까지 클리닝 사이클이 필요에 따라 반복한다.
주의 : 물과 글리세린 솔루션 테스트의 유체 세정 순서로 청소 될 수 있지만, 다른 LFMs는 아세톤과 같은 유기 용매로 청소해야합니다. 이러한 경우에는, 디스크를 직접 분사하기보다는 천 세정 재료를 적용한다.
- 데이터 분석
- 각 시험 조건 (예를 들면, 유체 성질, 주위 온도, 표면 조도 등)에 대한 정보를 포함하는 스프레드 시트를 준비한다.
- , 시네보기 소프트웨어와 함께 기록 된 제트 충돌 이미지를 열고 정상에서 전체 비디오 녹화를 재생속도와 제트 충돌 행동을 관찰합니다.
- 기록 충돌 행동 특성, 실험 장치와 합병증을 나타낼 수 비정상적인 추세를 기록, 준비된 스프레드 시트 (시작 / 스패 터링 / 증착은 그림 3 참조).
- 스프레드 시트의 테스트 결과와 조건을 저장합니다. 기록 주목할만한 연구 결과 및 테스트 로그 (예를 들어, 시작 / 증착 임계 점, 시작 / 증착 전환 등)에 특이한 사건. 필요한 경우 스크린 샷을 저장합니다.
- 이미지 분석 측정 및 기록 데이터를 실시한다.
- 화면의 픽셀 측정 도구를 시작합니다. 열기 충돌 화상 및 화면상의 화소 측정 도구 (도 4)과 이미지의 마이크로 눈금자를 측정하여 화상 크기를 조정.
- 픽셀 측정 t와 (그림 5 참조 예를 들어, 라멜라 확산 폭, W, 그리고 얇은 판 정체 점 반경, R)가 관심의 측정 치수제트 준비된 스프레드 시트의 비디오 및 기록 데이터에서 가장 안정적인 것으로 나타납니다 시점에서 OOL. 이어서 제트 라멜라 모두 안정적임을 확인 프레임 (100)의 측정 후에 측정 첫 번째 그룹의 다른기를 가지고. 그래프 플롯 데이터 포인트와 곡선 피팅 완료.
2. 공기 대포 장치
- 원하는 시험 조건을 확인하고 단계 1.1에서와 같이 자료를 준비하고 1.2 단계.
- 실험의 성능
- 시스템 제어 소프트웨어의 전원을 켜.
- 대포 배럴로 발사체를 삽입합니다. 제대로 테스트 (그림 6) 후 발사체를 캡처 배럴 출구 부근에 정지 메커니즘을 이동합니다.
- 공기 탱크로 이어지는 가압 건물 에어 라인을 엽니 다. 원하는 발사체 속도에 따라 30 PSI 70 PSI 사이에 탱크에 압력을. 30 psi의 탱크 압력은 약 5의 추진체 속도를 준다m은 / 초, 70 PSI는 약 25m / sec의 속도를 제공합니다.
- 시험 유체 가압 용 압축 가스 폐쇄 누적를 준비합니다.
- 축적의 유체 포트에 시험 액체의 3kg을 붓고. 액체 제트 스프레이 노즐에 축적 가스 밸브에서 튜브를 연결하고 최대 300 psig의에 누적 압력을 설정합니다.
- 가위 잭에 카메라를 연결합니다. 제트 스프레이 노즐 옆에 위치 플랫폼에 가위 잭을 고정합니다.
- 카메라로부터 가로 질러 확산 시트 뒤에 위치 플랫폼 고휘도 광원을 고정. 소프트웨어 제어 인터페이스의 비디오 카메라보기 기능을 이용하여 조명과 카메라의 위치를 확인하고, 필요에 따라 (도 7)으로 위치 조정한다.
- 공기 대포 소리 폭발로부터 보호하기 위해 귀마개를 착용 할 것.
- 신호를 여러 번 대포 제어판을 해제하고, 상기 제어 패널에 경고 버튼을 누르실험의 시작.
- 공기 대포 배럴 공기 탱크를 연결하는 솔레노이드 밸브를 개방 제어 패널 버튼을 누르십시오.
- 발사 장치 및 발사체 캡처하면 유체 및 잔류 시험 유체를 제거하는 세정 스펀지로 문질러 청소 장치. 마지막으로, 발사체의 충돌 표면을 건조.
- 고정 (10cm)의 거리를 이동하는 발사체에 필요한 시간을 측정하여 기록 된 고속 비디오의 발사체의 속도를 측정한다. 단계 1.5에서와 같이 데이터를 분석 할 수 있습니다.
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Representative Results
서론 부분에서 설명하고있는 바와 같이, 액체 제트 충돌과 관련된 세 가지 주요 행동은 증착, 튄 및 시작이다. 이러한 제트 충돌 행동은 다양한 광학 지점에 위치하는 고속 시네 카메라에 의해 기록 된 비디오 데이터를 이용하여 관찰된다. 세 개의 액체 분사 결과를 도시 비디오 녹화로부터 취득 정지 화상의 예는 도면에 도시되어있다 3.도 3a는 제트 충돌면쪽으로 완전히 직선 및 일정한 흐름의 흐름이 액체 제트 증착을 도시한다. 제트가 표면에 부착하고 실험의 나머지 표면 상에 남아있다. 제트 중 스플래터의 나머지 부분 (도 3b와, 액체 분사 일부만 충돌 표면에 부착되는 3b 및도 3c 적은 최적의 결과를도 ) 또는 충격에 (그림 3C)를 튀는.
주어진 비디오 데이터의 매우 간단 특성상 jove_content은 ">, 모호한 결과는 드문 반복 가능한 결과는 실험 장치를 모두하여 만들어진된다. 그러나, 일반적으로 매우 부드러운 표면 거칠기 조건을 포함하는 매우 드문 경우에, 액체 제트의 얇은 판을 스트림. 그것은 충돌 표면으로부터 리프트 오프되게하는 방식 (도 8)의 표면에 물방울 또는 조도와 상호 작용할 수있다 동등 특별한 상황에서, 흐름의 작은 교란, 제트 요철을 생성 할 수있는 표면 상 박힘 장시간 표면으로부터 분리 제트 일으키는 증폭되어 (도 9). 이러한 드문 현상은 전형적 (재 = 100 ~ 2500)의. 일관성 높은 표면 속도 및 중간 제트 유체 점도 발생할 결과는 크게 펌프 달리에서 액상 나아가게, 시험액을 구동하기위한 축 압기의 사용에 적립된다 일정한 속도로, 매우 부드러운 동작을 생산, 따라서 매우 일관 균일하고 안정된 액체 흐름.스플래쉬에 대하여 / 증착 특성, 결과는 표면 거칠기를 감소 ㎛] 0.01 내지 1 범위의 평균 조도 높이의 금속 표면에 대해 더 민감 충돌 제트 스플래시하게 보여준다. 예를 들어, 그림 3a 및도 3c는 유사한 제트 표면 속도 조건에서 충돌을 보여줍니다. 도 3a의 제트 증착은 0.51 ㎛, 평균 조도 높이가 표면 상에 발생하지만, 평균 조도가 0.016 ㎛의 높이 (도 3c) 인 경우 제트 스플래시 발생한다. 이 거칠기에 의존 케샤 등. 10,11, 표면 거칠기가 라멜라 두께보다 훨씬 더 크고 거친 표면에 충돌을 연구함으로써 관찰되는 것과 반대이다.
액체 분사 직경; 액 점도, 밀도, 표면 장력, 표면 속도와 거칠기 _content "는> 초기의 임계 값은 액체 분사 속도의 복잡한 함수이다. 주변 공기 특성 스플래시의 간단한 이론이 제안되었지만 10-12, 현재 통상 12 스플래시 전구체 인 현상. 라멜라 발사의 포괄적 인 설명이없는, 라멜라 구조의 함수로 생각된다.도 10에 도시 된 바와 같이, 얇은 판 형상 자체가 복잡한 함수 제트 표면 속도와 액체의 물리적 속성을 포함하여 많은 변수의.
디스크 장치를 회전의 광학 구성의 그림 1. 도식. 여기를 클릭하십시오 t오이 그림의 더 큰 버전을 확인합니다.
그림 2. 일반적인 비디오 녹화의 스크린 샷. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3. 세 가지 일반적인 유동 영역. (A) 증착, (B) 튄, (C) 시작합니다. 모든 경우에 오른쪽에서 기판 이동 왼쪽으로와 제트 직경은 564 μm의입니다. 관련 제트 기판 조건은 다음과 같습니다 (A) V 제트 = 18.3 m / 초, V 기판 = 7.50 m / 초, μ 제트 = 0.0194 N · 초 / m 2, ρ 제트 = 1180kg / m 3, σ 제트 = 0.0656 N / m, 다시 제트 = 629, 우리는 제트 = 3400; (B) V 제트 = 9.5 m / 초, V 기판 = 7.63 m / 초, μ 제트 = 0.0097 N · 초 / m 2, ρ 제트 = / m 3 998kg, σ 제트 = 0.0717 N / m, 다시 제트 = (552), 우리 제트 = 709; (C) V 제트 = 17.3 m / 초, V 기판 = 7.71 m / 초, μ 제트 = 0.0194 N · 초 / m 2, ρ 제트 = / m 3 1,180kg, σ 제트 = 0.0656 N / m, 다시 제트 = 594, 우리는 제트 = 3040. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
제트 직경 라멜라 지리적 그림 4. 측정이미지 처리 소프트웨어와 metry는. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
특성 얇은 판의 크기를 보여주는 제트 충돌 그림 5. 플랜 폼보기 개략적. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 6. 공기 대포 기계 구성. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 7. 공기 대포 광학 구성. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
제트 시작에 제트 증착의 전환을 보여주는 그림 8. 시간 순서. 전환이 달리 건조 기판에 부착하는 매우 미세한 물방울에 의해 발생이 순서. 기판 / m = 7.52 속도 V 기판에 초를 오른쪽에서 왼쪽으로 이동한다. 제트 조건은 다음과 같다 : D 제트 = 564 μm의; V 제트 = 17.5 m / 초, μ 제트 = 0.0194 N · 초 / m 2, ρ 제트 = / m 3 1,180kg, σ 제트 = 0.0656 N / m, 다시 제트 = 600, 우리는 제트= 3110. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
제트 시작에 제트 증착의 전환을 보여주는 그림 9. 시간 순서. 전환이 흐름을 교란 제트의 작은 기포로 인해 발생이 순서. 기판 / m = 7.43 속도 V 기판에 초를 오른쪽에서 왼쪽으로 이동한다. 제트 조건은 다음과 같다 : D 제트 = 564 μm의; V 제트 = 15.8 m / 초, μ 제트 = 0.0194 N · 초 / m 2, ρ 제트 = / m 3 1,180kg, σ 제트 = 0.0656 N / m, 다시 제트 = 542, 우리는 제트 = 2530. 여기를 클릭하십시오 더 큰 버전을 보려면이 그림의.
기판. 기재 속도 V 기판의 레이놀즈 수의 함수로서 제트 직경 비율도 10 라멜라 확산 폭은 300 제트 레이놀즈 수 (75)의 재 S주고, 60m / 초 15m / 초로 변화 조건은 다음과 같다 : D 제트 = 281 μm의; V 제트 = 14.6 m / 초, μ 제트 = 0.0701 N · 초 / m 2, ρ 제트 = 1,220kg / m 3, σ 제트 = 0.0640 N / m, 다시 제트 = 71.4, 우리 제트 = 1,140.
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Discussion
공기 대포 설정에 사용되는 발사체는 경량 목조 자료로 구성되어있다. 다수의 시험 후 약간 나무 재료 칩 수는 있지만, 조리개기구에 영향을 미치는 경향이 깨지는 플라스틱 또는 금속과 같은 물질로 구성 발사체보다 효과적으로 운동 에너지를 흡수하는 것으로 밝혀졌다. 나무 발사체의 치수는 이에 따라 공기 누출을 제한 밀접 스틸 배럴 내부와 일치하도록 설계된다. 합판의 두 층 사이에 고정 1/8 "두께의 고무 시트는 상기 배럴의 내측 주위에 밀봉을 강화하는 발사체의 후면에 부착된다. 액체 분사 간섭을 최소화하는 하나의 검사 세 표면에 충돌 할 수 있도록 발사체의 상단에 탑재 금속 충돌 표면 거칠기가 상이한 높이의 세 개의 금속 플레이트로 고정되어, 2.5 cm 떨어진 위치. 사물의 앞면은 일에 바브 공기 역학의 코에 형성된다내부 래치기구와 무거운 알루미늄 바디를 갖는 스톱기구, 그래서 코 E 하단은 충격시 발사체에 단단히 연결한다. 오히려 장소에 고정되는 것보다, 정지기구는 발사체 잡기에 약 60cm로 뒤로 슬라이드. 이 기능은 발사체에서 운동 에너지를 발산하고 재료의 손상을 방지 할 수 있습니다.
공기 캐논 장치에 부착 고속 시네 카메라 발사체 표면에 분사 박힘을 시각화. 카메라의 와이드 스크린 CMOS 센서는 하나가 매우 높은 프레임 속도와 해상도에서 이미지를 캡처 할 수 있습니다. 1kW로, 고강도 백열 광원 시야를 조명하는 데 사용되며, 광 확산기 시트는 광원 및 배경 조명이 균일을 달성하기 위해, 충돌 지점 사이에 배치된다. 두 개의 카메라와 광원은 둘 이상의 각도에서의 비디오 레코딩을 캡처하는 스피닝 디스크 장치에 탑재한다. 위에 배치 한 카메라두 번째 카메라가 사이드 뷰를 기록하는 동안 충돌 점은 제트 충돌의 전면 뷰를 기록합니다. 카메라 렌즈는 테스트 액체 접촉을 방지하기 위해, 각 시험 후의 맑은 뷰잉 윈도우를 제공하기 아세테이트 필름의 시트로 덮여있다. 사이드 뷰 카메라는 로컬 차축을 차단하지 않고 충돌 사이트를 조명하는 높은 강도, 광섬유 광원에 의해 조명된다. 프론트 뷰 카메라는 높은 강도, W (100), 콜리 메이팅 렌즈 장착 6700 루멘 백색 LED 어레이에 의해 조명된다.
두 실험 셋업은 두 개의 사용자 정의 내장 컨트롤 박스에 의해 전기적으로 제어된다. 맞춤식 제어 소프트웨어는 사용자가 생성하고 제어 박스 내부의 USB DAQ 시스템을 통해 디지털 및 아날로그 신호를 수집 할 수있다. 제어기는 실험 장치 (고속 카메라, 조명, 노즐 등)의 각 구성 요소를 제어하기 위해이 신호를 이용한다.
설명 예두 개의 개별 시스템이 표면 속도의 넓은 범위를 테스트하기 위해 만들어진에 perimental 셋업이 제한됩니다. 그것은 기관의 제한된 공간 내에서 비파괴 적으로 25m / 초보다 높은 속도로 이동하는 발사체를 중지하기가 매우 어렵 기 때문에 공기 캐논 디바이스는 더 느린 속도로 동작 할 수있다. 회전 디스크와 디스크의 회전 운동이 차례로 유체 역학에 영향을 미칠 유체에 관련된 구심력을 일으킬 것이라는 우려가 있었다. 공기 캐논 (선형 표면 속도) 및 회전 디스크에 동일한 조건으로 제트 동일한 표면 속도로 테스트와 같은 부당한 것으로 판명 이러한 우려는 거의 동일 박힘 특성을 수득 하였다. 최대 허용 레이놀즈 수는 액체 분사 이별에 의해 제한됩니다. 이러한 셋업에 실시한 실험에서, 1500의 레이놀즈 수는 쉽게 도달했습니다. 고속 셋업에 기재 속도 VFD 모터의 용량에 의해 제한된다 (즉, 최대 ROTational 속도 및 드래그, 관성 등)을 극복하기 위해 최대 전력 출력은, 디스크 및 샤프트 균형이 잘 구비.
설명 된 장치들은 작은 액체 분사 노즐 직경을 이용하여 높은 표면 속도 조건 이상의 고속 액체 제트 충돌의 연구 (25~100m / 초)를 수용한다는 점에서, 액체 제트 충돌 검사 기존 기법 다르다. 정지 및 저속 이동 표면에서 발생하는 액체 제트 충돌 프로세스는 고속, 설명 된 기술은 상기하에 액체 제트 충돌 거동에 대한 지식을 기존의 수의 액체 축적 확산 패턴에 대해 표면을 이동과 연관된 것과는 상당히 다르기 때문에 조건의 넓은 범위. 액체 제트 충돌과 관련된 스플래시, 튄 및 증착 공정에이 기술의 초점은 이전에 열 전달 패턴에 몰두 한이 분야에서 지식 격차를 해결합니다. 액체로기판 상 제트 충돌 미래 연구를위한 많은 가능한 도로 포즈 고도로 복잡한 다상 유체 역학 문제가 기재된 기술은 제강 및 잉크 - 젯 프린팅, 냉각, 가열 및 표면 기술적 및 산업용 애플리케이션들에 대하여 사용될 수있다이다 코팅.
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Disclosures
저자가 공개하는 게 없다.
Acknowledgments
자연 과학 및 캐나다 (NSERC) 및 LB 포스터 철도 기술, (주)의 공학 연구위원회는 공동으로 NSERC 공동 연구 및 개발 그랜트 프로그램을 통해이 연구를 지원했다.
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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