Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

بصريا على أساس توصيف الحركة الجسيمات الأولية في ركائز العادية: من الصفحي الظروف المضطربة

Published: February 22, 2018 doi: 10.3791/57238
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 2, 1, 3, 1,4, 4
1Institute of Fluid Mechanics, FAU Busan Campus, University of Erlangen-Nuremberg, 2Institute of Chemical Reaction Engineering, FAU Busan Campus, University of Erlangen-Nuremberg, 3Institute of Bioprocess Engineering, FAU Busan Campus, University of Erlangen-Nuremberg, 4Institute of Fluid Mechanics, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)

Summary

وترد اثنين من أساليب مختلفة لوصف حركة الجسيمات الأولية حبة واحدة كدالة لهندسة سرير الرواسب من الصفحي لتدفق المضطرب.

Abstract

وترد اثنين من أساليب تجريبية مختلفة لتحديد عتبة لحركة الجسيمات كدالة لخصائص هندسية من السرير من الصفحي لظروف تدفق المضطرب. ولهذا الغرض، هو درس الحركة الوليدة من حبة واحدة على ركائز العادية التي تتكون من أحادي الطبقة لمجالات موحدة الحجم الثابتة التي يتم ترتيبها بشكل منتظم في التماثلات الثلاثي والدرجة الثانية. العتبة تتميز بعدد دروع الحرجة. ويعرف معيار لظهور الحركة التشرد من وضع التوازن الأصلي إلى واحد المجاورة. يتم تعريف التشرد ووضع الحركة مع نظام تصوير. تدفق الصفحي هو الناجم عن استخدام رهيوميتير تناوب مع تكوين قرص موازية. ويظل القص عدد رينولدز أدناه 1. هو الناجم عن تدفق المضطرب في نفق الرياح سرعة منخفضة مع قسم الاختبار جت مفتوحة. وينظم على السرعة الجوية مع محول تردد في مروحة منفاخ. يتم قياس الشخصية السرعة مع تحقيق أسلاك ساخنة متصلة شدة الريح أفلام ساخنة. القص رينولدز عدد يتراوح بين 40 و 150. قانون السرعة اللوغاريتمية وقانون تعديل الجدار قدمها Rotta تستخدم للاستدلال على السرعة القص من البيانات التجريبية. هذا الأخير أهمية خاصة عندما يتعرض حبة المحمول جزئيا إلى تدفق المضطرب في ما يسمى نظام تدفق الانتقالية هيدروليكيا. ويقدر إجهاد القص في بداية الحركة. يتم تمثيل بعض نتائج توضيحية تبين أثر قوي من زاوية السكون، والتعرض لحبه لإمالة تدفق في كلا النظامين.

Introduction

حركة الجسيمات وليدة مصادفة في طائفة واسعة من العمليات الصناعية والطبيعية. وتشمل الأمثلة البيئية العملية الأولية للرواسب النقل في الأنهار والمحيطات، تآكل سرير أو تشكيل الكثبان الرملية بين أمور أخرى 1،،من23. هوائي نقل4، إزالة الملوثات أو تنظيف السطوح5،6 من التطبيقات الصناعية النموذجية المتعلقة بظهور حركة الجسيمات.

نظراً لمجموعة واسعة من التطبيقات، ظهور حركة الجسيمات على نطاق واسع ودرست أكثر من قرن، معظمها تحت ظروف مضطربة7،،من89،10،11، 12،13،،من1415. قد طبقت العديد من النهج التجريبي لتحديد الحد الأدنى لبداية الحركة. وتشمل الدراسات المعلمات مثل الجسيمات رينولدز رقم13،16،17،18،،من1920، الغمر التدفق النسبي 21 , 22 , 23 , 24 أو عوامل هندسية من الزاوية repose16،،من1825، التعرض لتدفق26،27،،من2829، الحبوب النسبي نتوء29 أو سرير ستريمويسي المنحدر30.

البيانات الحالية للحد الأدنى بما في ذلك ظروف مضطربة منتشرة على نطاق واسع12،31 وكثيراً ما تبدو النتائج غير متناسقة24. وهذا يرجع في معظمه إلى أن التعقيد الملازم لمراقبة أو تحديد معلمات التدفق تحت ظروف مضطربة13،14. وإلى جانب ذلك، الحد الأدنى لحركة الترسبات بقوة يعتمد على الوضع للحركة، أي انزلاق، المتداول أو رفع17 وهي المعيار لوصف الحركة الوليدة31. قد يكون هذا الأخير غامضة في سرير رواسب التعرية.

خلال العقد الماضي، وقد درس الباحثون التجريبية الحركة الجسيمات الأولية في تدفقات الصفحي32،،من3334،35،36،37، 38 , 39 , 40 , 41 , 42 , 43 , 44، حيث طائفة واسعة من جداول طول التفاعل مع السرير تجنب45. وفي العديد من السيناريوهات العملية يعني الترسيب، الجسيمات الصغيرة جداً والجسيمات عدد رينولدز يظل أقل من حوالي 546. من ناحية أخرى، تدفقات الصفحي قادرة على توليد أنماط هندسية كتموجات والكثبان الرملية كما تفعل تدفقات المضطرب42،47. أظهرت سيميليتوديس في الأنظمة العلاجية على حد سواء لكي تعكس القياس في الفيزياء الأساسية47 حيث يمكن الحصول على فكرة هامة لنقل الجسيمات من أفضل الخاضعة للنظام التجريبي48.

تدفق الصفحي، لاحظت كارو وآخرون أن المحلية إعادة ترتيب سرير الحبيبية من شكل موحد الحجم الخرز، سرير ما يسمى أرمورينج، أدى إلى زيادة تدريجية عتبة لظهور الحركة حتى تحققت الظروف المشبعة 32-ومع ذلك، يكشف الأدب، وعتبات مختلفة لظروف مشبعة بأسره الرواسب غير منتظمة مرتبة تبعاً لل36،الإعداد التجريبية44. قد يكون هذا التشتت نظراً لصعوبة مراقبة الجسيمات المعلمات مثل اتجاه ومستوى نتوء والاكتناز الرواسب.

والهدف الرئيسي من هذه المخطوطة لوصف بالتفصيل كيفية توصيف وليدة حركة واحدة من المجالات كدالة لخصائص هندسية من السرير الرواسب أفقية. ولهذا الغرض، نستخدم الهندسات العادية، تتألف من مونولاييرس حبات الثابتة رتبت بانتظام وفقا لتكوينات الثلاثي أو الدرجة الثانية. تم العثور على ركائز العادية مشابهة للتي نستخدمها في تطبيقات مثل القالب-الجمعية للجسيمات في موائع جزيئية فحوصات49، التجميع الذاتي من ميكروديفيسيس في هندستها منظم المحصورة50 أو الجوهرية الناجمة عن الجسيمات النقل في ميكروتشانيلس51. الأهم من ذلك، استخدام ركائز العادية يسمح لنا لتسليط الضوء على تأثير الهندسة المحلية والتوجه وتجنب أي الشك حول دور الحي.

في تدفق الصفحي، لاحظنا أن عدد دروع الحاسمة ازداد بنسبة 50% فقط اعتماداً على التباعد بين المجالين الركيزة ومن ثم تعرض حبة ل تدفق38. وبالمثل، وجدنا أن عدد دروع حرجة تم تغييرها بما يصل إلى عامل من اثنين تبعاً لاتجاه الركيزة ل اتجاه تدفق38. فقد لاحظنا أن الجيران غير متحرك تؤثر فقط بداية حبة المحمول إذا كانوا أقرب من الجسيمات حوالي ثلاثة أقطار41. فجرتها نتائج التجربة، وقد قدمنا مؤخرا نموذج تحليلي دقيق يتنبأ عدد دروع حاسمة في تحديد تدفق الزاحف40. ويغطي النموذج بداية الحركة من العالية المعرضة الخرز المخفية.

الجزء الأول من هذه المخطوطات التي تتناول وصف الإجراءات التجريبية المستخدمة في الدراسات السابقة في القص عدد رينولدز، Re *، أقل من 1. تدفق الصفحي فعل مع رهيوميتير تناوب مع تكوين موازية. في هذا الحد رقم رينولدز منخفضة، الجسيمات لا يفترض أن يتعرض أي تذبذب السرعة20 ويطابق النظام التدفق السلس هيدروليكيا ما يسمى حيث هو مغمورة الجسيمات داخل الطبقة الثانوية لزج.

حالما يتم إنشاء الحركة الوليدة في التدفق الصفحي، دور الاضطراب يمكن أن تصبح أكثر وضوحاً. بدافع من هذه الفكرة، علينا الأخذ بإجراءات تجريبية رواية في الجزء الثاني من البروتوكول. استخدام نفق رياح سرعة منخفضة غوتينغن مع قسم الاختبار جت مفتوحة، الدروع الحرجة يمكن تحديد العدد في واسعة النطاق لإعادة * بما في ذلك تدفق هيدروليكيا الانتقالية ونظام مضطرب. يمكن أن توفر النتائج التجريبية فكرة هامة حول كيفية التصرف القوى والعزوم على جسيمات بسبب تدفق المضطرب اعتماداً على هندسة الركيزة. وعلاوة على ذلك، يمكن استخدام هذه النتائج كأساس مرجعي لنماذج أكثر تطورا في عالية الطاقة المتجددة * بطريقة مماثلة أن الأعمال السابقة في التدفق الصفحي وقد استخدمت لإطعام نصف النماذج الاحتمالية52 أو للتحقق من صحة النماذج العددية الأخيرة53. نحن نقدم بعض الأمثلة التمثيلية للتطبيقات في Re * تتراوح من 40 إلى 150.

يتم تأسيس معيار أولية كحركة الجسيمات واحدة من موقفها التوازن الأولى إلى المرحلة التالية. يستخدم لتحديد طريقة ظهور الحركة، أي معالجة الصور المتداول، الانزلاق، رفع39،41. ولهذا الغرض، يتم الكشف عن زاوية دوران لمجالات المتنقلة التي تم وضع علامة عليها يدوياً. يتتبع موضع العلامات الخوارزمية ويقارنه مع مركز الكرة. مجموعة أولية من تجارب أجريت في كل الهياكل التجريبية لتوضيح أن عدد دروع الحرجة يظل مستقلاً عن آثار حجم محدود للإعداد والغمر التدفق النسبي. وهكذا صممت الأساليب التجريبية لاستبعاد أي معلمة أخرى اعتماداً على عدد دروع الحاسمة وراء إعادة * وخصائص هندسية من السرير الرواسب. Re * هي متنوعة باستخدام تركيبات مختلفة من الجسيمات السائل. ويتسم عدد دروع الحرجة كدالة لدرجة الدفن، Equation 01 ، ومعرفة بواسطة مارتينو et al. 37 ك Equation 02 حيث Equation 03 هي زاوية السكون، أي زاوية حرجة في الحركة التي تحدث54، و Equation 04 درجة التعرض، يعرف بأنه النسبة بين مساحة مقطعية فعالية عرضه للتدفق إلى إجمالي مساحة مقطعية حبة متنقلة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1-الحركة الجسيمات بدايته في حد تدفق الزاحف.

ملاحظة: تجري القياسات تناوب رهيوميتير تم تعديله لهذا التطبيق محددة.

  1. إعداد رهيوميتير.
    1. قم بتوصيل العرض الجوي رهيوميتير بغية تجنب إتلاف المحامل الهواء. فتح صمام بالإضافة إلى مرشحات الهواء حتى يتحقق ضغط أشرطة تقريبا 5 في النظام.
    2. الاتصال مدوار السوائل لوحة القياس. تأكد أن خراطيم المياه عنصر بلتيير متصلة رهيوميتير. التبديل على مدوار السوائل وضبط درجة الحرارة المطلوبة (20 درجة مئوية).
    3. تحميل الحاوية المخصصة التي تحتوي على الركازة العادية على رهيوميتير.
      1. تأخذ الركيزة العادية خارج الحاوية، وتنظيف السطح بعناية مع الماء المقطر. جاف على السطح مع عدسة قطعة قماش للتنظيف وإزالة الغبار المتبقية الممكنة مع منفاخ.
        ملاحظة: ركائز العادية مونولاييرس من 15 × 15 ملم2 بنيت من حبات الزجاج كروية الصودا الجير ميكرومتر (405.9 ± 8.7).
      2. باستخدام الشريط الوجهين سماكة 0.4 مم، إصلاح الركيزة العادية إلى ضمان الحاوية هو مركز الركيزة على مسافة 21 مم من محور تحول.
      3. ضع محول مخصص في لوحة رهيوميتير.
      4. تحميل الحاوية دائرية مخصصة إلى لوحة ضمان أن يواجه القسم الأمامي شقة نظام التصوير مصممة لتسجيل الجانب.
        ملاحظة: تأكد من أن الحاوية أفقي تماما مع مستوى المياه (0.6 مم/م). لهذا الغرض، وضع مستوى المياه في الحاوية موازية إلى الجزء الخلفي الجهاز ومستوى ذلك مع أقدام رهيوميتير قابل للتعديل. كرر الإجراء تحول منسوب المياه بمقدار 90 درجة.
    4. التبديل رهيوميتير. انتظر حتى يتم الانتهاء من إجراءات التمهيد وحالة "ok" يظهر على شاشة الجهاز.
    5. بدء تشغيل جهاز الكمبيوتر والبرمجيات رهيوميتير. تهيئة رهيوميتير وتعيين التحكم في درجة الحرارة من لوحة التحكم للبرنامج إلى القيمة المطلوبة (20 درجة مئوية).
    6. تحميل نظام قياس مخصصة. إنشاء الفجوة صفر من البرنامج.
      ملاحظة: قبل تعيين الفجوة صفر، تأكد من أن هناك لا الخرز المحمول على الركازة، وأن حدود الركيزة هي بنت لا. خطأ في تعيين الصفر-الفجوة سوف يؤدي إلى خطأ منهجي في حساب القص معدل وذلك في قياس اللاحقة للدروع الحرجة رقم. ويفترض غموض مطلق 0.05 مم في عرض التباعد عند حساب عدد دروع الحرجة.
    7. أرفع لوحة القياس إلى 30 ملم وإزالته.
    8. تعبئة الحاوية مع حوالي 70 مل زيت السليكون mPa·s 100. ضمان أن يظل مستوى السائل في الحاوية أعلاه 2 مم. زيت السليكون لا ينبغي أن يشمل الجزء العلوي من لوحة شفافة. انتظر حوالي 15-20 دقيقة للتوازن الحراري. وخلال ذلك الوقت، ضبط نظم التصوير (راجع الخطوة 2 من البروتوكول).
      ملاحظة: درجة الحرارة التي يتم إصلاحها إلى (295.15 ± 0.5) ك هنا، يتم التحكم بعنصر بلتيير متصلاً رهيوميتير وتقاس مقياس حرارة خارجية. ولوحظت تقلبات أقل من 0.5 كخلال التجارب.
  2. ضبط نظام التصوير.
    1. التبديل على مصباح الزينون قوس ث 300. ضبط توجيه الضوء مرنة لإلقاء الضوء على حبة من الجانب من خلال الجدران شفافة من الحاوية.
    2. ضبط شدة الضوء LED لتفادي انعكاس الضوء قويا على الركازة.
    3. ضبط نظام التصوير مصممة لتسجيل حركة الجسيمات من الأعلى من خلال لوحة قياس شفافة.
      1. بدء برنامج أخذ الصور من جهاز الكمبيوتر واختر الشخصية أحادية اللون من مربع الحوار ابدأ.
      2. فتح الكاميرا 768 × 576 CMOS نظام التصوير مثبتة أعلى الحاوية. تشغيل فيديو البث المباشر.
      3. ضبط مرحلة تحديد الموضع الأفقي حتى يظهر موقف المرجعية التي تم وضع علامة سابقا في مركز الركيزة في وسط الصورة.
      4. ضبط مرحلة تحديد الموضع العمودي للتركيز على الركازة.
      5. المكان بعناية ملحوظة صودا جير زجاج مجال ميكرومتر (405.9 ± 8.7).
      6. ضمان أن واحدة على الأقل من هذه العلامات الموضوعة على مسافة حوالي 75 في المائة من قيمة radius حبة أو أكبر من محور الدوران. إذا كان هذا ليس هو الحال، الانتقال يدوياً قياس لوحة لتحقيق الاقتراح بحبه إلى الموضع التالي التوازن (انظر الشكل 2(أ) كمرجع).
        ملاحظة: لضمان الرصد المناسب أثناء الحركة تتسم الخرز المحمول مع عدة بقع مفصولة بحوالي 45° (انظر الشكل 3(أ)). وتتضمن المدونة بيان تدفق تحكم بسيطة لتقليل مارك ميساسيجنمينت من أجل حساب زاوية دوران. للحصول على مزيد من التفاصيل، ونشير إلى اغودو et al. 39من عام 2017.
      7. فتح مربع الحوار لإعداد المعلمات الكاميرا وضبط معدل الإطار إلى 30 إطارا في الثانية. ضبط وقت التعرض التأكد من أن العلامات تتميز بشكل صحيح من محيط حبة.
        ملاحظة: يتطلب مجال زجاج الصودا الجير مغمورة في زيت سيليكون من 100 mPa·s حوالي 4 ثانية للانتقال من موقفها المبدئي لمستجمعات المياه لموقف التوازن المجاورة. ومن ثم، يسمح فراميراتي من 30 إطارا في الثانية عدم التيقن من أقل من 1%.
    4. تحميل لوحة قياس رهيوميتير.
    5. تعيين قياس المسافة إلى 2 مم.
      ملاحظة: التركيز في أعلى الكاميرا يجب أن يكون قليلاً عدلت بسبب وجود لوح زجاجي.
    6. ضبط نظام التصوير مصممة لتسجيل حركة الجسيمات من الجانب عن طريق الشريحة المجهر شفافة.
      1. فتح الكاميرا 4912 x 3684 CMOS نظام التصوير المثبتة في الجزء الأمامي من الحاويات وبدء فيديو البث المباشر.
      2. ضبط العمودي ومرحلة تحديد الموضع الأفقي توضع موازية رهيوميتير حتى حبة ملحوظ يظهر في وسط الصورة.
      3. ضبط عدسة التكبير وحدات حتى يشمل مجال الرؤية على السطح العلوي من الركازة، وحبه، والجزء السفلي من القرص قياس.
      4. ضبط مرحلة تحديد الموضع الأفقي وضع عمودي على رهيوميتير للتركيز على حبة.
      5. فتح مربع الحوار لإعداد المعلمات الكاميرا وضبط معدل الإطار إلى 30 إطارا في الثانية.
  3. تحديد السرعة الحرجة لظهور الحركة الدورية.
    1. زيادة خطيا سرعة الدوران،، نمن 0.02 إلى 0.05 الثورات في الثانية الواحدة بزيادات صغيرة 0.00025 الثورات الواحدة والثانية باستخدام البرمجيات رهيوميتير.
      1. في إطار القياس، انقر نقراً مزدوجاً فوق الخلية لنوع عنصر التحكم وتحرير النطاق بسرعة من 0.02 إلى 0.05 الثورات في الثانية الواحدة.
      2. انقر نقراً مزدوجاً فوق إعداد الوقت وأدخل رقم قياس نقاط، 60، ومدة كل قياس، 5 ق.
      3. تعيين جدول يمثل سرعة الدوران كدالة للزمن.
    2. فتح فيديو حية من الكاميرات الأعلى والجانب. بدء تسجيل فيديو-تسلسل من كل من الكاميرات التي تستخدم برامج التصوير.
    3. بدء القياس باستخدام البرمجيات رهيوميتير.
      ملاحظة: ينصح بتجربة أولية مع خطوة أكبر حجماً قبل الخطوة 1.3.1.1 بغية تقدير نطاق السرعة الذي سيحدث الحركة الوليدة تقريبا. على سبيل المثال، على مسافة 21 مم من محور تحول واستخدام زيت السيليكون من 100 mPa·s، يتحرك حبة الزجاج في الدورية بسرعة ثورات 0.035 تقريبا في الثانية الواحدة. ومن ثم، طائفة من 0.02 إلى 0.05 الثورات في الثانية يبدو ملائماً للتجربة.
    4. النظر بعناية في فيديو حية من الأعلى أو من الكاميرا الجانبية والتوقف عن القياس عندما يزيح حبة من موقفها التوازن. ملاحظة السرعة التي تعبر حبة في سيباراتريكس إلى موقف التوازن المجاورة. سرعة التناوب لاحظ يمثل السرعة الحرجة الدورية، نج. إيقاف الفيديو-التسلسل.
      ملاحظة: تأكد من أن حجم الخطوة صغيرة بما يكفي أن زيادة السرعة أثناء الفاصل الزمني حبة يتطلب الانتقال من موقفها المبدئي لواحد المجاورة لا ينطوي على أكثر من 1 في المائة القيمة الحرجة.
    5. ضع حبة مرة أخرى إلى موضعه الأصلي. يمكن أن يتم ذلك عن طريق تحريك يدوياً من لوحة الدورية حتى حبة يزيح موضع واحد مرة أخرى. كرر هذه التجربة مشيراً إلى خمسة إضعاف متوسط السرعة الحرجة والانحراف المعياري.
    6. كرر الخطوات من 1.3.1 إلى 1.3.5 مع حبة ملحوظ مختلفة في مواقع مجاورة 2 إلى مركز الركيزة.
  4. تحليل البيانات.
    1. تحديد وضع الحركة: تحليل تسلسل الصور سبق تسجيله من الأعلى أو من الجانب مع الخوارزمية كما هو موضح في اغودو et al. عام 201739.
    2. تحديد عدد دروع الحرجة والقص عدد رينولدز.
      1. الحصول على عدد دروع الحرجة من المعادلة التالية40
        Equation 05(1)
        حيث Equation 06 قد تم الحصول عليها من الخطوة 1.3.4، Equation 06 هو اللزوجة، Equation 08 و Equation 09 هي الجسيمات وكثافة السائل، على التوالي، Equation 10 هو تسارع الجاذبية و Equation 11 قطر حبة متنقلة، كل من لهم معروفة. Equation 12 هو عرض التباعد، يعرف بأنه المسافة من أعلى مجالات الركيزة إلى لوحة قياس، أي 2 مم و r هي المسافة الشعاعية الجسيمات من محور تحول، أي 21 مم.
      2. الحصول على القص عدد رينولدز، Re * استناداً إلى سرعة القص، من المعادلات التالية:
        Equation 13(2)
    3. كرر الإجراء من 1.1.3 إلى 1.4.2 استخدام ركيزة عادية مختلفة.
    4. استخدم حبة مختلفة الكثافة واللزوجة السائل مختلفة لتغطية مجموعة واسعة من الطاقة المتجددة * من الزاحف ظروف تدفق ما يصل إلى 1.

2-وليدة الجسيمات الحركة في نظام مضطرب هيدروليكيا الانتقالية والخام.

ملاحظة: تجري القياسات في مخصصة ذات سرعة منخفضة-نفق رياح مع قسم الاختبار جت مفتوحة، نوع غوتينغن.

  1. إعداد نظام التصوير.
    1. إصلاح الركيزة الدرجة الثانية في منتصف مقطع الاختبار.
    2. مكان حبة ألومينا 5 مم سبق ملحوظ في الموضع الأولية المطلوب (110 مم من الحافة الأمامية و 95 مم من الحافة الجانبية).
    3. قم بتوصيل كاميرا عالية السرعة بالإضافة إلى عدسة الماكرو على جهاز الكمبيوتر وتشغيله. ضبط عدسة الماكرو حتى حبة الهدف الواضح في الصورة.
    4. الشروع في برامج التصوير على جهاز الكمبيوتر. تنشيط "يعيش الكاميرا"، وتعيين "معدل العينة" إلى 1000 إطارا في الثانية.
    5. التبديل على مصدر الضوء LED وضبط الكثافة، فضلا عن تركيز الكاميرا لتحقيق صورة واضحة للجسيمات ولها علامات.
      ملاحظة: تأكد من أن واحدة على الأقل من هذه العلامات موضوعة على مسافة حوالي 75 في المائة من قيمة radius حبة أو أكبر من محور الدوران (انظر الشكل 3(أ) كمرجع).
  2. تحديد سرعة المروحة الحاسمة لظهور الحركة.
    1. تعيين سرعة المروحة جيدا أقل من القيمة الحرجة (حوالي 1400 لفة في الدقيقة لحبه الألومينا 5 مم).
    2. بدء التسجيل عن طريق الضغط على الزناد في برامج التصوير.
    3. زيادة السرعة في الخطوات حوالي 4 إلى 6 لفة في الدقيقة كل 10 ق حتى يحدث الحركة الوليدة.
    4. ملاحظة قيمة السرعة الحرجة في الحركة الوليدة التي تحدث وإيقاف تسلسل الفيديو.
    5. ضع حبة ملحوظة جديدة في نفس الموقف المبدئي وكرر الإجراء من 2.2.1 إلى 2.2.4 عشر مرات. ملاحظة السرعة الحرجة لكل قياس.
    6. كرر الإجراء من 2.2.1 إلى 2.2.5 في نفس المسافة من الحافة الأمامية ولكن في 65 و 125 مم من الحافة الجانبية، على التوالي. ملاحظة السرعة الحرجة لكل قياس.
  3. إعداد درجة حرارة ثابتة هوتويري شدة الريح (CTA).
    1. تعيين وظيفة التحكم في الوقوف إلى جانب كبار المستشارين التقنيين والمقاومة العقد إلى 00.00. التبديل على السلطة الرئيسية، وانتظر حوالي 15-20 دقيقة لالاحماء.
    2. قم بتوصيل المجس التقليل وتبديل مهمة مراقبة كبار المستشارين التقنيين لقياس المقاومة. ضبط أوم صفر حتى يتم وضع الإبرة في علامة حمراء وتبديل وظيفة التحكم مرة أخرى إلى وضع الاستعداد.
    3. يحل محل التحقيق التقليل من المسبار هوتويري مصغرة. مفتاح تبديل مهمة مراقبة كبار المستشارين التقنيين لقياس المقاومة. ضبط مفاتيح المقاومة حتى يتم وضع الإبرة في العلامة الحمراء.
      ملاحظة: المقاومة المقاسة يتوافق مع المقاومة الباردة المسبار مصغرة. يجب أن تكون القيمة المقاسة باﻻتفاق مع القيمة التي توفرها الشركة المصنعة (3.32 Ω).
    4. تبديل الدالة كبار المستشارين التقنيين الوقوف إلى جانب وضبط العقد المقاومة إلى 5.5 Ω لتحقيق نسبة أسخن من حوالي 65%.
    5. قياس استجابة التردد لكبار المستشارين التقنيين في متوسط السرعة الحرجة (الخطوة 2.2.4).
      1. التبديل على المروحة وضبط سرعة الدوران للمروحة إلى القيمة الحرجة، وحوالي 1400 لفة في الدقيقة. التبديل على الذبذبات.
      2. التبديل مولد مربع موجه كبار المستشارين التقنيين.
      3. بدء البرنامج الذبذبات على الكمبيوتر وفتح الوحدة النمطية CSV لتمكين تسجيل البيانات. اختر القناة (CH1) وحفظ بيانات تسجيل أي الوقت والجهد، تحت اسم الملف المطلوب. انتظر حتى ينتهي القياسات (حوالي 3 دقائق).
        ملاحظة: يحسب تردد وقف إنتاج المواد الانشطارية من وقت الاستجابة الذي انخفض الجهد إلى مستوى-3db (انظر الشكل 4(أ)).
      4. إيقاف مولد الموجه مربعة وتعيين وظيفة كبار المستشارين التقنيين لوضع الاستعداد.
  4. معايرة كبار المستشارين التقنيين.
    1. تبديل الدالة كبار المستشارين التقنيين للعمل. ضمان أن يتم ضبط التحقيق إلى ارتفاع كافية بعيداً عن اللوحة حيث أنه يقع في منطقة تيار مجاناً.
    2. تعيين سرعة دوران مروحة إلى 200 لفة في الدقيقة. قياس سرعة ستريمويسي في المنطقة تيار مجاناً باستخدام شدة الريح المكره وقراءة الجهد على الذبذبات.
    3. كرر الخطوة 2.4.2 لسرعات الدوران المختلفة مع زيادة ثابتة من 50 لفة في الدقيقة تصل إلى حوالي 1450 لفة في الدقيقة (بلغ مجموع ما يلي: 26).
    4. إنشاء ارتباط بين دورة في الدقيقة وقياس سرعة ستريمويسي تيار الحرة، Equation 14 . الحصول على السرعة الحرجة، Equation 15 ، المقابلة لسرعة دوران الحاسمة لكل من القياسات يؤديها من الخطوات 2.2.5 إلى 2.2.6. حساب سرعة تيار الحرة الحاسمة يعني، Equation 16 ، والانحراف المعياري للقياسات.
    5. إنشاء ارتباط بين السرعة والجهد وفقا لنوبة متعدد الحدود من الدرجة الثالثة:
      Equation 17(3)
      هنا، Equation 18 تقاس سرعة ستريامويسي في م/ث، Equation 04 هو الجهد يقاس فولت (V)، و Equation 19 هي معاملات تناسب. يبين الشكل 4(ب) منحنيات المعايرة قبل وبعد قياسات الشخصية السرعة.
  5. قياس السرعة ستريمويسي مع موقف الجدار العادي في حالة حرجة.
    1. إزالة حبة ملحوظة من الركازة.
    2. ضبط ويجب مرحلة تحديد الموضع الأفقي حتى يتم وضع مسبار الأسلاك الساخنة في الموضع الأولية المطلوب (110 مم من الحافة الأمامية و 95 مم من الحافة الجانبية).
    3. ضبط بعناية ويجب للعمودي وضع المرحلة حتى يتم وضع المجس كأقرب ما يمكن من على سطح الركازة. انظر من خلال الكاميرا بالإضافة إلى عدسة ماكرو التأكد من أن السلك لا تلمس سطح الركيزة. تعيين القيمة صفر في مستوى المؤشر الرقمي في هذا الموضع.
      تنبيه: الأسلاك الساخنة حساس جداً ولو أنها تمس السطح سوف كسر. أجل الأمن، ونحن نضع المسبار على مسافة 0.05 مم فوق الجزء العلوي من المجال الركيزة (انظر الشكل 1(ﻫ) كمرجع). وهذا يمثل عنصر عادي الجدار تطبيع Equation 20 حيث Equation 21 بدءاً قياس القيمة، Equation 22 هو سرعة القص و Equation 23 هو اللزوجة من الهواء عند درجة حرارة التشغيل. علما بأن قيمة البداية أدناه Equation 24 حيث اللزوجة هي المهيمنة55.
    4. تعيين سرعة دوران المروحة بسرعة الدوران يعني الذي يحدث الحركة الوليدة، راجع الخطوة 2.2.4. سرعة تيار مجاناً وبالتالي يتوافق مع Equation 25 .
    5. ضبط معدل أخذ العينات إلى المملكة العربية السعودية 1 وعدد العينات إلى 6000 على الذبذبات (مجموع الوقت أخذ العينات من 6 s). اختر القناة (CH1) وبدء القياس. حفظ بيانات التسجيل تحت اسم الملف المطلوب. انتظر حتى ينتهي القياسات (حوالي 3 دقائق).
    6. زيادة موضع الجدار العادي للتحقيق بزيادة 0.01 ملم يصل إلى 0.4 مم، وزيادة 0.1 مم حتى ارتفاع 10 ملم. وهذا يتوافق مع ما مجموعة 137 نقطة لمنحنى السرعة الشخصية. حفظ البيانات المسجلة لكل ارتفاع.
  6. تحليل البيانات.
    1. حساب متوسط السرعة ستريامويسي وكثافة المضطرب لكل موقف الجدار العادي.
      1. تشغيل خوارزمية نمواً ذاتيا لتقييم الكميات الإحصائية. فتح البرنامج النصي، وحدد المجلد الذي يتضمن منحنى المعايرة والبيانات المخزنة لكل من الارتفاع المقاسة.
        ملاحظة: البرنامج النصي يحسب أولاً معاملات تناسب من منحنى المعايرة كما هو موضح في مكافئ. 3. لكل ارتفاع، فإنه يقوم بحساب سرعة ستريمويسي لحظية، Equation 26 استخدام 3 مكافئ. ويحسب المقياس الزمني لا يتجزأ من أسلوب ترابط تلقائي56. وبعد ذلك، فإنه يحسب متوسط الوقت، Equation 27 وسرعة مربعة الجذر، Equation 28 ، للعينات التي تكون مفصولة بواسطة مرتين لا يتجزأ الوقت اللازم لتحليل متوسط الوقت.
      2. الأرض هو الموضع العمودي، Equation 29 ضد السرعة متوسط الوقت ستريمويسي هو Equation 30 ، حيث Equation 31 قطر المجالات الركازة. ارسم Equation 29 ضد السرعة مربعة الجذر هو Equation 32 . الشكل 4 (c)-(d) يصور النتائج في حالة حبة الألومينا 5 ملم.
    2. حساب السرعة القص من البيانات التجريبية.
      1. تناسب سرعة الوقت هو متوسط مع التوزيع اللوغاريتمي السرعة57
        Equation 33(5)
        حيث Equation 34 هو سرعة القص، Equation 35 ثابت فون في Kármán و Equation 36 ثابت يعتمد على القص رينولدز رقم26. خط متصل في الشكل 4(ج) نوبة لوغاريتمي لسرعة متوسط الوقت.
        ملاحظة: من الاحتواء على البيانات التجريبية، فإنه يمكن أن يكون أظهرت أن سرعة القص، Equation 34 وترد عليه:
        Equation 37(6)
        حيث Equation 38 هو معامل تناسب لوغاريتمي و Equation 39 20.
        الطبقة الثانوية لزج، Equation 40 ولا يزال أعلى الجزء العلوي من المجالات الركيزة في تجاربنا. في السيناريو الأكثر صرامة، ينبغي الاستعاضة عن 5 مكافئ. قانون السرعة المعدلة المقدمة من20،Rotta58.
        Equation 41(7)
        حيث Equation 42 و Equation 43 . Equation 40 هو سمك طبقة فرعية اللزجة التي يمكن حسابها ما يقرب من Equation 44 55.
        الخوارزمية يحسب مباشرة سرعة القص من ملاءمة البيانات التجريبية لمكافئ. 5 ومكافئ. 7. تمثل الرموز الزرقاء في الشكل 4(ج) يصلح للبيانات التجريبية وفقا لمكافئ. 7.
        في Re * أعلاه 70، Equation 40 يمثل يصل إلى 5 في المائة من قطر حبة متنقلة، واستخدام نوبة من مكافئ. 5 أو 7 مكافئ. ينطوي على تباين في Equation 22 ضمن نطاق المعتمدة من عدم اليقين. مقارنة خط متصل ورموز الأزرق في الشكل 4(ج) في إعادة * من حوالي 87.5.
    3. تحديد وضع الحركة: تحليل تسلسل الصور المسجلة مسبقاً من الجانب مع الخوارزمية كما هو موضح في اغودو et al. عام 201739.
    4. تحديد عدد دروع الحرجة والقص عدد رينولدز.
      1. الحصول على عدد دروع الحرجة من المعادلة التالية22
        Equation 34(8)
        حيث Equation 34 قد تم الحصول عليها من الخطوة 10.2، Equation 08 و Equation 46 هي الجسيمات وكثافة السائل، على التوالي، Equation 10 هو تسارع الجاذبية و Equation 11 قطر حبة متنقلة، كل منهم يعرف.
      2. الحصول على جسيمات رينولدز العدد، إعادة *، من المعادلات التالية:
        Equation 47(9)
      3. كرر هذا الإجراء لقياس الشخصية السرعة كدالة لتنسيق الجدار العادي، خطوة 2.5، على نفس المسافة من الحافة الأمامية ولكن على 65 و 125 ملم باتجاه العرض، على التوالي.
      4. كرر الإجراء من 2.1 إلى 2.6.4.3 باستخدام أحجام مختلفة من حبة وركائز العادية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

الشكل 1 (أ) يمثل رسماً تخطيطياً للإعداد التجريبية المستخدمة لتوصيف عدد دروع حاسمة في الحد الأقصى تدفق الزاحف، والمادة 1 من البروتوكول. وتجري القياسات في رهيوميتير تناوب تعديل لهذا التطبيق محددة. طبق زجاجي شفاف من 70 ملم في القطر بعناية ثابتة لصفيحة متوازية من 25 مم في القطر. ولذلك تم تعديل القصور الذاتي لنظام قياس قبل أخذ القياس. واقترن حاوية دائرية مخصصة من 176 ملم في القطر مع الجدران شفافة والأيبوكسي رهيوميتير. وأجرى قطع عمودي في الجزء الأمامي. شريحة مجهر بدقة ثابتة على الجزء الأمامي لتحسين التصوير. تم تعديل التشكيل الجانبي لتحديد الفجوة أن تأخذ في الاعتبار وجود الحاوية. تم تصغير سرعة لوحة قريبة من واجهة السوائل لتجنب حركة حبة قبل البدء القياس. في هذا النظام، يمكن تتبع بصريا من الأعلى من خلال لوحة شفافة حبة واحدة، انظر الشكل 1(ب)، أو من الجانب عن طريق سيديوالس شفافة، انظر الشكل 1(ج). ملف تعريف تدفق كوت فعل بين لوحة الدورية والركيزة. ولذلك تعطي معدل القص الحرجة من Equation 48 . تبعاً لذلك، عدد دروع الحرجة والقص عدد رينولدز يمكن تعريف كما هو الحال في مكافئ. 1 ومكافئ. 2، على التوالي. ويتضح أن البنية المستخدمة في المادة 2 من البروتوكول في الشكل 1(د). وتجري القياسات مخصصة ذات سرعة منخفضة-نفق رياح مع قسم الاختبار جت مفتوحة، نوع غوتينغن. ركائز العادية 19 × 25 سم2 تقع في وسط المقطع الاختبار. ينظم سرعة المروحة ومن ثم سرعة السوائل مع محول تردد متصل بمروحة منفاخ. هو فعل طبقة الحدود مضطربة أعلاه الركيزة العادية. يتم قياس الشخصية السرعة مع أسلاك ساخنة مسبار مصغرة متخصصة مصممة لقياس طبقة الحدود (انظر الشكل 1(ﻫ)) بالإضافة إلى مقياس شدة الريح درجة حرارة ثابتة (CTA). يتم التحكم في موقف الجدار العادي، y، مع مرحلة رأسية التي يمكن إعادة تحديد موضعها داخل حوالي 0.01 مم. الموقف الذي يقاس بمؤشر مستوى رقمي بدقة 0.01 مم. في نظام مضطرب تماما الخام (عادة إعادة * > 70)، سرعة القص يمكن أن يستدل من نوبة من البيانات التجريبية لقانون الجدار لوغاريتمي، 5 مكافئ.59. في هيدروليكيا نظام انتقالي، سرعة الإمالة يستدل من نوبة لقانون تعديل الجدار، مكافئ. 758. عدد دروع الحرجة والقص عدد رينولدز ويمكن الحصول من سرعة القص المعرب عنها في مكافئ. 8 ومكافئ. 9، على التوالي.

Figure 1
رقم 1: رسم توضيحي لتركيب التجريبية المستخدمة في ظروف الصفحي (أ)-حبة متنقلة من القطر ميكرومتر (405.9 ± 8.7) يستريح على الركازة التربيعية من المجالات من نفس الحجم مع تباعد من 14 ميكرومتر بينهما ينظر إليها من الأعلى (ب) والجانب (ج)، على التوالي. رسم توضيحي لتركيب تجريبي يستخدم في ظروف مضطربة (د). اثنين حبات المتنقلة (3.00 ± 0.15) ملم و (5.00 ± 0.25) ملم يستريح على الركازة التربيعية مع عدم وجود تباعد بين المجالين (± 2.00 0.10) ملم قريبة من التحقيق هوتويري مصغرة (ه). يتم وضع المسبار على مسافة حوالي 0.05 ملم من الجزء العلوي من المجال الركيزة. الشكل 1 (د) مستنسخ من اغودو et al. 2017a39، بالإذن من "نشر تقرير الوكالة". الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

وضع روتين عملية صورة التي يحلل الخرز ملحوظ في الدراسات السابقة39 لحساب زاوية دوران حبة في بداية الحركة. الشكل 2 و الشكل 3 أمثلة للتطبيق في تصور الصفحي، Re * = 0.06، المضطرب وظروف إعادة *، = 87.5، على التوالي. استخدام المجالات الملحوظة، حصلنا على نفس عدد دروع الحرجة أما الخرز بدون علامات حدود الارتياب في القياس. استناداً إلى الكشف عن الحافة ماكرة وتحويل هوغ، الروتين غير قادرة على الاعتراف حبة مع أوجه عدم اليقين النسبي التي تتراوح بين 1.2 و 4%39. زاوية الاستدارة يتحدد بتتبع علامات استناداً مستوى عتبة تدرج رمادي. ويزيد هذا الغموض، في هذه الحالة، تصل إلى قيم مطلقة تتراوح بين 7 ° ° 17، اعتماداً على نظام التصوير39. اللقطات في الشكل 2(أ) – (و) توضح الأمثلة التمثيلية لحبه واحدة من الزجاج (405.9 ± 8.7) ميكرومتر تشريد من موقفها التوازن الأولى إلى المرحلة التالية على الركازة التربيعية مصنوعة من حبات من نفس الحجم مع وجود فجوة من 14 ميكرومتر بين المجالين. سجلت الفيديو من الأعلى من خلال نظام قياس شفافة كما هو موضح في القسم 1 (راجع الخطوة 1.2.3). الشكل 2 (ز) يبين زاوية الدوران خلال التشريد كدالة لمسار منحنى Equation 49 على طول الركيزة (انظر الإطار الداخلي الشكل 2(ز)). المسار هو تطبيع للمسافة التي سافر بحبه على طول المسار المنحنى بين الموقفين التوازن، Equation 50 . يمثل الخط المنقط في الشكل 2(ز) الزاوية للمتداول نقية. الخبرات حبة واحدة دوران إجمالي ° (140 ± 8.5) الذي يتزامن مع الزاوية للاقتراح المتداول نقية، لها أيضا قيمة لما يقرب من 140°. وهكذا المتداول وضع الحركة الوليدة ومكافئ. 1 يمكن استخدامها لوصف حركة الجسيمات الأولية.

Figure 2
رقم 2: لقطات أثناء حركة وليدة حبة ملحوظة من القطر ميكرومتر (405.9 ± 8.7) على الركازة التربيعية مع تباعد من 14 ميكرومتر في Re * من حوالي 0.06 (أ. الصليب الأحمر والخط الأخضر وتمثل مركز المجال، والحصول على كفاف حبة من الخوارزمية، على التوالي. الدوائر الزرقاء تمثل مسار المركز الهندسي للعلامة. تدفق من اليسار إلى اليمين. اللقطات مستنسخة من اغودو وآخرون (2017)39، بالإذن من "نشر تقرير الوكالة". زاوية الاستدارة كدالة لمسار منحنى على طول هذين الموقفين التوازن (ز). يتم الإشارة إلى حالات الوقت لقطات في الرسم التخطيطي. خط منقط يشير إلى زاوية دوران لاقتراح متداول نقية. الشكل 2 (ز) يرد من اغودو وآخرون (2014)41، بالإذن من "نشر تقرير الوكالة". الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

تصوير لقطات في الشكل 3(ب) – (ه) مثال لحبه ألومينا إلى تشريد مم (5 ± 0.25) أربع وظائف على الركازة التربيعية من مجالات (2.00 ± 0.10) مم مع لا-الفجوة بينهما. وسجل شريط الفيديو من الجانب كما هو الحال في القسم 2 (انظر الخطوات 2.2.1-2.2.4). زاوية قياسها وتتفق مع واحد النظرية خلال مسار تغطي نحو موضع التوازن اثنين الأول (انظر الشكل 3(ز)). ومن ثم، المتداول يفترض أن يكون وضع الحركة الوليدة ومكافئ. 8 يمكن استخدامها لحساب عدد دروع الحرجة. بعد توازن الموقف الثاني، مع ذلك، يبدو زاوية الاستدارة المقاسة تحيد عن الاقتراح المتداول نقية. الخط الأحمر في الشكل 3(و) يمثل مسار حبة خلال مسار أطول من حوالي 17 موقعا على الركازة. من المسار، يمكن استشفاف كيف تجارب الجسيمات الصغيرة رحلات خلال مبادرتها على طول الركيزة.

Figure 3
الشكل 3: لقطات أثناء حركة وليدة حبة ملحوظة (5.00 ± 0.25) مم على الركازة التربيعية مع عدم وجود تباعد بين المجالين في Re * لما يقرب من 87.5 (أ)-(ﻫ). الصليب الأحمر والخط الأخضر وتمثل مركز المجال، والحصول على كفاف حبة من الخوارزمية، على التوالي. الدوائر الزرقاء تمثل مسار المركز الهندسي للعلامة. الصلبان الحمراء في (و) يمثل مسار مركز حبة على طول حوالي 17 موقعا على طول الركيزة. تدفق من اليسار إلى اليمين. زاوية الاستدارة كدالة لمسار منحنى على امتداد أربع وظائف للتوازن (ز). يتم الإشارة إلى حالات الوقت لقطات في الرسم التخطيطي. خط منقط يشير إلى زاوية دوران لاقتراح متداول نقية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

الشكل 4 (أ) يوضح اختبار مربع موجه لتقدير استجابة التردد لكبار المستشارين التقنيين سرعة تيار الحرة الحاسمة لحبه الألومينا (0.25 ± 5) مم (راجع الخطوة 2.3.5). الوقت المطلوب للجهد انخفاض بنسبة 97 في المائة، Equation 51 ، هو عن السيدة 0.1 تبعاً لذلك، استجابة التردد، قدمها Equation 52 60، ينتج حوالي 7.7 كيلوهرتز. من الرقم 4(أ)، يمكن استشفاف أن أونديرشوت لا يزال أقل بنسبة 15% لاستجابة الذروة. وهذا يدل على أن هوتويري معلمات كبار المستشارين التقنيين، بما في ذلك نسبة المحموم، وهي بشكل صحيح61. منحنيات المعايرة لمثال توضيحي يبين الشكل 4(ب) قبل (المربعات الحمراء)، وبعد قياسات السرعة الشخصية (دوائر سوداء). كلا منحنيات تتداخل مع بعضها البعض مما يشير إلى أن أية تغييرات حدثت أثناء التجربة. حبة الألومينا (0.25 ± 5) ملم، سرعة بلغ متوسط الوقت وسرعة مربعة الجذر يتم رسم كدالة للمكون العادي الجدار تم تسويتها في الشكل 4(ج) و 4 (د)، على التوالي. يتم الحصول عليها كما هو موضح في الخطوات من 2.5.1 إلى 2.6.1 البروتوكول. يتم تطبيع كلا سرعات مع سرعة تيار الحرة الحاسمة. من الحد الأقصى للقيمة في Equation 32 ، فيمكن أن تبين أن سمك الطبقة الفرعية لزوجة قياس ما يقرب من 0.25 مم. خط متصل في الشكل 4(ج) يمثل نوبة للبيانات التجريبية وفقا لقانون السرعة لوغاريتمي، مكافئ. 5، بينما يمثل الخط الأزرق نوبة من البيانات وفقا لسرعة تعديل قانون اقترحته Rotta20 , 58، مكافئ. 7. وفي هذه الحالة، تناسب كلا في اتفاق جيد منذ الطبقة الثانوية لزج يمثل فقط 5% من قطر حبة متنقلة. تبعاً لذلك، تختلف سرعة القص التي تم الحصول عليها من كلا يناسب بأقل من 8%. الشكل 4 (ه) يوضح عمل القوات تقلب في الحركة الوليدة من منظور المعيار الطاقة كما قال فاليراكيس et al. عام 201362. خط متصل يظهر جزء من التاريخ الزمني من المكعب بسرعة ستريمويسي لحظية، Equation 53 ، ويقاس على مسافة نصف قطرها حبة الألومينا المتنقلة من الركازة. تم تخزينها السرعة بمعدل أخذ عينات من السعودية 25 لهذا القياس المحددة. الخط الأزرق يمثل المكعب من متوسط السرعة، Equation 54 . يمثل الخط المنقط الأحمر مكعب السرعة الحرجة حسابها كما هو الحال في فاليراكيس et al. 201163

Equation 55(10)

حيث Equation 56 هو معامل أسلحة هيدرودينامية، يساوي تقريبا 1 في تجاربنا، و Equation 57 يفترض أن تكون 0.9 كما نظرت في فاليراكيس et al. 201163معامل السحب. Equation 58 و Equation 04 وتحسب كما هو موضح في مكافئ. 11 و 12 على التوالي. قوة التدفق الفوري دالة خطية من المكعب بسرعة62. ولذلك، إلى الذروة في Equation 53 أعلاه القيمة الحرجة يمكن اعتباره نقطة انطلاق محتملة لحركة الجسيمات الأولية إذا تدوم تلك الأحداث تدفق كاف62. خوارزمية الذاتي وضعت تقديرات مدة أحداث تدفق حيوية عن طريق تقييم التقاطع Equation 53 مع الخط الأفقي Equation 59 على طول كامل التجربة. في هذه التجربة التوضيحية المبينة في الشكل 4، مدة أحداث تدفق حيوية وسام 1-2 مللي ثانية بحد أقصى 2.1 مرض التصلب العصبي المتعدد.

Figure 4
الشكل 4: الحصول على نتائج الممثل مع الأسلاك الساخنة كبار المستشارين التقنيين في المقطع اختبار نفق الرياح سرعة منخفضة في بداية الحركة من حبة الألومينا (0.25 ± 5) ملم يستريح على الركازة التربيعية مع عدم وجود تباعد بين مجالات (أ) تكرار استجابة لكبار المستشارين التقنيين بعد موجه ساحة اختبار (ب) معايرة منحنيات قبل (المربعات الحمراء)، وبعد قياسات الشخصية السرعة (دوائر سوداء). خط متصل تشير إلى اتجاه متعدد الحدود ثالث يصلح للبيانات. معاملات تناسب يرد في الإطار الداخلي للشكل (ج) بلغ متوسط الوقت السرعة ستريامويسي الشخصية. خط متصل ورموز زرقاء تشير إلى نوبة وفقا للقانون لوغاريتمي، وتعديل الجدار، على التوالي (د) جذر متوسط مربع السرعة ستريامويسي الشخصية داخل ارتفاع صغيرة النطاق. يتم قياس الطبقة الثانوية لزج المقاسة حول 0.25 مم (ه) بجزء من التاريخ الزمني من المكعب بسرعة ستريمويسي لحظية على مسافة نصف قطرها حبة الألومينا المتنقلة من الركازة. يشير الخط الأزرق إلى مكعب سرعة ستريامويسي الوقت في المتوسط. خط منقط أحمر يشير إلى حساب مكعب السرعة الحرجة كما هو الحال في فاليراكيس et al. 201164. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

الشكل 5 (أ) يمثل التبعية رقم دروع الحرجة كدالة لدرجة الدفن يعرف مارتينو et al. 2009 من Equation 60 37. الرموز المميزة باللون الأحمر هي العتبة التي تم الحصول عليها من الأمثلة التوضيحية في البروتوكول. زاوية السكون ودرجة التعرض تقترن هندسيا في هياكلنا العادية. يمكن أن تحسب زاوية السكون تحليلي على النحو التالي:

Equation 61(11)
حيث المرتفع Equation 62 يشير إلى هندسة الثلاثي و Equation 63 يشير إلى هندسة التربيعية مع تباعد Equation 64 بين المجالات. وبالمثل، تعطي درجة التعرض لتعريفها كمنطقة مستعرضة عرضه للتدفق:

Equation 65(12)
حيث Equation 66 هو الزاوية الزاوية بين سطح حبة فعالة في مستوى الصفر والمحور العمودي (انظر الإطار الداخلي الشكل 5). للثلاثي والركيزة التربيعية مع تباعد Equation 64 بين المجالين، فإنه يمكن إثبات أن:

Equation 67(13)
حيث Equation 68 فعال مستوى الصفر أدناه الجزء العلوي من الركازة (انظر الإطار الداخلي الشكل 5). في الحد من تدفق الزاحف، تظهر المحاكاة العددية أن الفعلي صفر يزيد مستوى خطيا مع التباعد Equation 64 : Equation 69 . في إعادة أكبر *، الفعالية مستوى الصفر هو يفترض أنها ثابتة Equation 70 تجريبيا كما يتضح من داي et al. عام 201264. لإعادة * تتراوح ما بين 40 و 150، كان يستدل إجهاد القص باستخدام قانون تعديل الجدار الذي يتضمن نظام تدفق الانتقالية هيدروليكيا. خط منقط والصلبة اتجاهات الطاقة المجهزة للبيانات التجريبية. كما هو موضح في الشكل 5، الزيادات رقم دروع الحرجة كدالة لدرجة الدفن تبين التأثير القوى جزئيا التدريع الجسيمات للقص، التدفق. وهذا يشمل مقارنة الثلاثي لتكوينات الركازة التربيعية وأقطار مختلفة الخرز المحمول. ويبدو تأثير الهندسة سرير الرواسب تكون أكثر وضوحاً في أعلى Re *. لنفس الدرجة من نتوء، عدد دروع الحرجة في إعادة * أدناه ما زال 1 أعلى القيمة في إعادة * تتراوح ما بين 40 و 150.

Figure 5
الرقم 5: اعتماد عدد دروع الحرجة على درجة الدفن من الصفحي لظروف تدفق المضطرب. في Re * < 1، المثلثات، والمربعات والدوائر ورهومبويدس تشير إلى النتائج التي تم الحصول عليها مع ركائز الثلاثي والدرجة الثانية مع تباعد ميكرومتر 14 و 94 و 109، على التوالي. مفتوحة والصلبة ورموز تمثل تجارب يؤديها مع أقل لزوجة وأعلى لزوجة الزيوت، على التوالي. في 40 < Re * < 150، مثلثات ومربعات تشير إلى إجراء تجارب مع ركائز الثلاثي والدرجة الثانية مع عدم وجود تباعد، على التوالي. الأسود، الأزرق، الأحمر والأخضر والأرجواني وتشير إلى إجراء تجارب مع الزجاج والصلب، وشركة ألومينا، البوليستيرين المشبعة بالفلور أوكتين وزجاجي، على التوالي. البيانات عند إعادة * < 1 مستنسخة من اغودو et al (2012)38، بالإذن من "نشر تقرير الوكالة". الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

نحن نقدم طريقتين تجريبية مختلفة لوصف حركة الجسيمات الأولية كدالة لهندسة سرير الرواسب. ولهذا الغرض، نستخدم أحادي الطبقة لمجالات مرتبة بانتظام وفقا لتماثل الثلاثي أو الدرجة الثانية في مثل هذه طريقة أن يبسط المعلمة هندسية لهندسة واحدة. في الحد من تدفق الزاحف، يصف لنا طريقة تجريبية باستخدام روتاميتير تناوب لحفز تدفق الصفحي القص كما هو الحال في السابق دراسات39،،من4041. وأظهرت التجارب الأولية أن الحركة الوليدة وظلت مستقلة عن آثار محدودة الحجم من الركازة مثل موقع شعاعي، أو المسافة من الحدود المراحل الأولى من الركازة38. وبالمثل، تم العثور على عدد دروع الحرجة لتكون مستقلة عن الغمر التدفق النسبي ضمن فاصل زمني Equation 71 يتراوح بين 2 و 12 ومستقلة عن الجمود حتى Equation 72 من حوالي 338. فوق هذه القيمة، لوحظت زيادة في عدد دروع حرجة نتيجة للتدخل بسبب تدفق ثانوي الناجم عن لوحة الدورية. هذا العامل محدودة الحد الأقصى Equation 72 للإجراء التجريبي المبين في الجزء الأول من المخطوطة. الأسلوب التجريبي الثاني يهدف إلى معالجة هيدروليكيا الانتقالية ونظام تدفق المضطرب الخام. إجهاد القص هو فعل نفق الرياح سرعة منخفضة. من أجل إقامة مجموعة من المعلمات مستقلة عن أي تأثير الحجم أو الحدود من الركازة، أجرينا قياسات طبقة الحدود المضطربة على مسافات من 50، 80، 110، 140، 170 و 200 مم من الحافة الأمامية. الساعة 50، 80 و 110 و 200 مم، وتم قياس طبقة الحدود على 4 مواقع مختلفة في اتجاه العرض، 55، 65، 95 و 125 ملم من أحد حدود الركيزة. في 140 و 170 ملم، وتم قياس طبقة الحدود في موقعين مختلفة في اتجاه العرض، 65 و 95 مم من أحد الحدود الركازة. جميع قياسات أجريت في ظروف حرجة تيار الحرة السرعة، Equation 73 (5.00 ± 0.25) ملم حبة الزجاج يستريح على ركيزة ثلاثية المصنوعة من (2.00 ± 0.10) الخرز ملم. خلال فترة تتراوح ما بين 80 و 200 ملم، عامل الشكل يتراوح بين 1.3 و 1.5 كما هو متوقع لطبقات الحدود المضطربة،57. وكانت الملامح السرعة في نفس المسافة من الحافة الأمامية في اتفاق جيد مع بعضها البعض، الكشف عن معاملات لوغاريتمي التي تختلف من 5% يصل إلى 10% مستقلة عن اتجاه العرض. النطاق المحدد للمعلمات في وصف البروتوكول هو اختيارها بعناية للتأكد من أن عدد الدروع الحرجة ظلت مستقلة عن أي تأثير الحدود من الإعداد التجريبية. وهذا ينطبق على كلتا الطريقتين التجريبية.

الحد الأدنى للحركة الوليدة يعتمد على وضع الحركة التي بدورها وظيفة خصائص هندسية من السرير مثل التعرض للجسيمات. في ارتفاع أرقام رينولدز، وليدة الحركة من المحتمل أن يحدث قبل معاوية إذا تعرضت الجسيمات العالية إلى14،تدفق65. للجزيئات الفردية التي هي محمية تماما تقريبا من الدول المجاورة، ومع ذلك، رفع قد يكون وضع أكثر ملاءمة14. في أوضاع طبقية، يبسط الوضع منذ رفع القوى المهملة عادة16،17،،من4044،،من4566 والمتداول أو انزلاق يفترض أن يكون الوضع الرئيسي للحركة الوليدة. لتمييز عدد دروع الحرجة بشكل صحيح كدالة لهندسة السرير، وضع الحركة يجب أولاً دقة تحليل. ولهذا الغرض، سجلنا حركة الجسيمات واعتدنا خوارزميات عملية صورة التي تقوم بحساب زاوية دوران من حبة39. إذا تطابق قيمة هذه الزاوية النظرية للمتداول نقية المبينة في الشكل 2 (ز) أو في مجموعة أولية من الشكل 3 (ز)، الدروع الحرجة يمكن الاستدلال على رقم باستخدام مكافئ. 1 و 8 مكافئ. للمقاطع 1 و 2 من البروتوكول ، على التوالي. الخوارزمية يحدد مواقف الجسيمات وعلامات لدراسة الاقتراح الدنمارك وانزلاق مع الحد ني تدخلات الرجل. تتبع الجسيمات يستند حافة ماكرة للكشف عن وتحويل هوغ. وقد ثبت هذا المزيج لتوفير أداة قوية ويمكن الاعتماد عليها في دراسة النقل الحبيبية العمليات1،39،،من6768. من ناحية أخرى، كشف مارك يستند إلى مستوى العتبة تدرج رمادي بسيط. والعيب الرئيسي الخوارزمية أنه يجب تعديل العتبة اعتماداً على نظام التصوير. على الرغم من أن الخوارزمية يأخذ في الاعتبار العقوبات هندسية s العلامات، التتبع أكثر عرضه للأخطاء الناجمة عن تقلبات كثافة الضوء، ومستويات عتبة مختلفة كما يتضح، على سبيل المثال، من دائرة زرقاء والذي يشير إلى centroid علامة قريبة من مركز حبة في اللقطة من الشكل 3 (ه) و 3 (و). لمزيد من التطبيقات، نقترح استخدام التقنيات عبر الارتباط للكشف عن تشريد مارك بين الإطارات اللاحقة. وهذا قد تسمح لنا بتحقيق الفرعي بكسل قرار69 وتحسين الكشف عن الزاوية عند حضور العديد من علامات.

وتوجد تعريفات مختلفة لعتبة الجسيمات في الأدب. في أوضاع طبقية، كما نظرت في القسم 1، عدد دروع الحرجة كمعلمة هو لظهور الحركة تعرف عادة كما ورد في مكافئ. 1، أي مع إجهاد القص المميزة ك Equation 74 32،34 ،،من3670. وتوجد أيضا معلمات بدون أبعاد أخرى كعدد غاليليو في تدفق رقائقي37. هذا الاختيار، ومع ذلك، قد تبدو كافية في الجسيمات أعلى أرقام رينولدز حيث القصور الذاتي أكثر أهمية من الاحتكاك. التعريف الوارد في 1 مكافئ. ويبدو أن كافية لا سيما في الحد من تدفق الزاحف حيث ثبت أن اتباع نهج نمذجة قطعية صالحة عند المعلمة هندسية مبسطة ل هيكل عادية40. هذا البيان الاتفاق مع الحد الأقصى من الانحرافات المعيارية وسام 5-7% قياسا مع النظام التجريبي المبين في المادة 1. الانحراف المعياري كالمقدر في الخطوة 1.4.2.3، يميز الخطأ عشوائي المرتبطة مع رهيوميتير وتقلبات بسبب عيوب المحلية على الركازة، أو في حجم حبة. علما بأن التقلبات في القوات هيدرودينامية لا يتوقع في Re * أقل من واحد. استخدام الركيزة الدرجة الثانية مع تباعد بين حبات 14 ميكرومتر، حصلنا على عدد دروع حرجة تساوي 0.040 ± 0.00238. تم تحديد الانحراف المعياري مع مراعاة جميع القياسات الفردية ل الرقم 5، أي.، يعمل خمسة مختلفة لكل تركيبة مادية في ثلاثة مواقع محلية مختلفة. قيم تصل إلى 7% للانحراف المعياري هي العثور على تكوينات الركيزة الأخرى مما يدل على دقة الأسلوب. يجدر هنا أن هذا التصريح، وبصرف النظر عن الانحرافات في السلك مش الحجم، ركائز في بعض الأحيان تقديم أكبر عيوب المحلية مثل تسوس الأسنان حيث تم فصل حبة ثابتة أو مثل الاختلافات في الارتفاع. ولذلك يوصي فحص البصري للكاميرا على حد سواء الأعلى والجانب قبل البدء القياس. يمكن استخدام الليزر عالية الدقة 3D الطباعة لبناء ركائز في المزيد من التطبيقات التي يكون مطلوباً فيها قرارا الفرعية ميكرون.

عندما حبة جزئيا أو بالكامل يتعرض لتدفق المضطرب، كما نظرت في القسم 2، يجب النظر دور القيم المضطربة السرعة الذروة ومدتها عندما نحاول تحديد الحركة الجسيمات الأولية. 14،دفعة71 أو معيار الطاقة62 تظهر كبديل قيمة معيار دروع الكلاسيكية. وهم يقترحون أن وبصرف النظر عن القوة الهيدروديناميكية، مقياس الوقت المميزة لهياكل تدفق يجب أن يكون بشكل صحيح باراميتريزيد71. لهذا الغرض، ونفس الخوارزمية التي تحصل عليها بلغ متوسط الوقت وجذر متوسط مربع السرعات، وتقدر فترة حيوية تدفق الأحداث استناداً إلى الشرط Equation 75 . للتجربة التوضيحية الرقم 4 (ه)، يظل مدة أحداث تدفق حيوية وسام السيدة 1-2 إذا استخدمنا معامل سحب قدمها Equation 76 في 10 مكافئ. كما اقترح فولمر و 2007 كلينهانس13 أو على و 2016 داي20 استناداً إلى كولمان تجارب72، تعديل Equation 77 رفات أعلاه القيمة السابقة، والمدة القصوى المقاسة ينخفض إلى السيدة نحو 1.6 في أي حال، لا يزال المدة دون ترتيب 10 مللي ثانية وكما لوحظ في السابق تجارب فاليراكيس، أجرى ديبلاس et al. عام 2013 في قناة مياه62. وباﻹضافة إلى ذلك، يحدد الخوارزمية مقياس الطول لا يتجزأ كما هو موضح من ش-الجابري، ثورمان et al. عام 201473 استناداً إلى أسلوب روش في74. على مسافة نصف قطرها حبة من الركازة، مقياس طول الحجم الكلي المقدر حوالي 1.5 مم. فقد ثبت أن معظم الأحداث حيوية قادرة على تحريك الحركة الوليدة يجب أن يكون طول مميزة حول اثنين للجسيمات أربعة أقطار62. قد يشير هذا البيان وهكذا إلى أن الأحداث النشطة التي يسببها في نفق الرياح منخفضة السرعة لدينا ليست قادرة على تحريك الحركة الوليدة. هذا الاتفاق مع سرعة متوسط أعلى قليلاً من القيمة الحرجة كما هو موضح في الشكل 4(ﻫ)والانحرافات المعيارية أقل من 8 في المائة في Equation 73 الخرز 5 مم مستقلة من المواد كما لاحظت في التجارب. الانحراف المعياري في Equation 73 كالخطوات المحسوبة في 2.2.5-2.2.6 يوفر تقديراً لتقلبات عشوائية المرتبطة مع معلمات التدفق ولكن أيضا لعيوب المحلية على الركازة العادية. لحبه الألومينا قطرها 5 مم، حصلنا Equation 73 يساوي 12.30 ± 0.23 m/s. وتقرر هذا الانحراف المعياري آخذا في الاعتبار 10 يدير الفردية في ثلاثة مواقع مختلفة في نفس المسافة من الحافة الأمامية. الخرز 2 مم، يزيد الانحراف المعياري بما يصل إلى 14 في المائة تقريبا. وفي ضوء هذه النتائج، قررنا استخدام معيار دروع مع عدد دروع حرجة على النحو المعرف في 8 مكافئ. لوصف الحركة الوليدة. وبالإضافة إلى ذلك، بدلاً من تقديم تمال الرائعة، اخترنا لتوفير قيمة محددة من عدد دروع الحرجة مع ممثل درجة من عدم اليقين. وهناك مصدران رئيسيان لعدم اليقين في 6 مكافئ. من أجل تقييم سرعة القص: Equation 73 و Equation 78 . الغموض النسبي في Equation 73 يستدل من الانحراف المعياري للقياسات. الغموض النسبي في Equation 78 تتصل بقياس الطبقة الحدودية المضطربة. على نفس المسافة من الحافة الأمامية، والانحرافات نموذجية في مجموعة معامل تناسب بين 5 و 10 في المائة بحسب سرعة المروحة التي تعتمد على هندسة الركيزة وكثافة حبة بالتناوب. الغموض النسبي في Equation 78 كان من المفترض أن يكون 10% في التحليل الأكثر محافظة. وبناء على ذلك، عدم التيقن من Equation 79 يتراوح بين 7 و 18% اعتماداً على التجربة. عرض أشرطة الخطأ في الشكل 5 عدم التيقن عدد الدروع بعد تطبيق التحليل المذكور أعلاه بما في ذلك الغموض النسبي في قطر الجسيمات، وكثافة الهواء والجسيمات.

يسمح البروتوكول التجريبي وصف حركة الجسيمات الأولية كدالة لدرجة الدفن في نظم تدفق مختلفة. استخدام الهندسيات العادية يبسط معامل هندسية لهندسة واحدة ويتجنب أي شك حول دور الحي. استيفاء المعيار للحركة الوليدة عندما يتحرك حبة من موقفها المبدئي للتوازن المقبل واحدة. استخدام خوارزمية معالجة الصور توضح طريقة الحركة الوليدة. وقد استخدمت الأسلوب التجريبي المبين في المادة 1 من البروتوكول في دراسات سابقة أن نشير إلى تأثير قوي الترتيب سرير المحلية بشأن الحركة الوليدة تحت ظروف الصفحي38،،من3940 , 41-النظام، ومع ذلك، كانت محدودة لإعادة * أدناه 3. ونقترح في إعادة أعلى *، طريقة تجريبية جديدة تسمح لنا بمعالجة هيدروليكيا الانتقالية ونظام تدفق المضطرب الخام. من المثير للاهتمام، خصائص الاضطراب النظام بالاقتران مع معلمة هندسية مبسطة يسمح لنا بتميز الحركة الوليدة مع عدد دروع حرجة مع أوجه عدم اليقين التي تتراوح بين 14 و 25 في المائة. نحن نقدم فقط بعض الأمثلة التمثيلية للتطبيق في Re * تتراوح ما بين 40 و 150. كنطاق الدراسة البحثية المستقبلية، يجب أن تغطي نطاقا أوسع من إعادة * مع التركيز بصفة خاصة على نظام تدفق هيدروليكيا الانتقالية التي تتوافر فيها بيانات أقل في الأدب. وبالمثل، ينبغي أن تجري تجارب على أكبر درجات الدفن. يمكن استخدام هذه النتائج كأساس مرجعي لنماذج أكثر تعقيداً. على سبيل المثال، يستند نموذج واقعي اقترحه مؤخرا على و 2016 داي معامل عراقيل التي يستدل من النتائج التجريبية فقط لقضية الرواسب عن كثب وجبات الخرز20. قد تؤدي النتائج التجريبية للجسيمات التي أقل عرضه للتدفق كما تناولتها في الحد من تدفق الزاحف استقراء نموذج درجات الدفن أكبر. وباﻹضافة إلى ذلك، الطريقة التجريبية المقترحة قد تسمح لنا بالتأكيد على دور هياكل متماسكة مضطربة في حركة الجسيمات الأولية مع تبسيط معامل هندسية قوية. وهذا هو ما زالت غير مفهومة في الأدب.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب لا تمت بصلة إلى الكشف عن

Acknowledgments

الكتاب شاكرون للحكام غير معروف لمشورة قيمة وتشوي سوكيونج، كو بييونجوو وشين بايكيونج للتعاون في إعداد هذه التجارب. وأيد هذا العمل "المشروع 21 بوسان الدماغ" في عام 2017.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
MCR 302 Rotational Rheometer Anton Paar Induction of shear laminar flow
Measuring Plate PP25 Anton Paar Induction of shear laminar flow
Peltier System P-PTD 200 Anton Paar Keep temperature of silicon oils constant in the system at laminar flow
Silicone oils with viscosities of approx. 10 and 100 mPas Basildon Chemicals Fluid used to induced the shear in the particles
Soda-lime glass beads of (405.9 ± 8.7) μm The Technical Glass Company Construction of the regular substrates for laminar flow conditions
Opto Zoom 70 Module 0.3x-2.2x WEISS IMAGING AND SOLUTIONS GmbH Imaging system for recording the bead motion in the rheometer
2 x TV-Tube 1.0x, D=35 mm, L=146.5 mm WEISS IMAGING AND SOLUTIONS GmbH Imaging system for recording the bead motion in the rheometer
UI-1220SE CMOS Camera IDS Imaging Development Systems GmbH Imaging system for recording the bead motion in the rheometer
UI-3590CP CMOS Camera IDS Imaging Development Systems GmbH Imaging system for recording the bead motion in the rheometer
Volpi IntraLED 3 - LED light source  Volpi USA Imaging system for recording the bead motion in the rheometer
Active light guide diameter 5mm Volpi USA Imaging system for recording the bead motion in the rheometer
300 Watt Xenon Arc Lamp Newport Corporation Imaging system for recording the bead motion in the rheometer
Wind-tunnel with open jet test section, Göttingen type  Tintschl BioEnergie und Strömungstechnik AG Induction of turbulent flow
Glass spheres of (2.00 ± 0.10) mm Gloches South Korea Construction of the regular substrates for turbulent flow conditions
Alumina spheres of (5.00 ± 0.25) mm Gloches South Korea Targeted bead for experiments
CTA Anemometer DISA 55M01 Disa Elektronik A/S  Measurement of  flow velocity in the wind tunnel
Miniaure Wire Probe Type 55P15 Dantec Dynamics Measurement of  flow velocity in the wind tunnel
HMO2022 Digital Oscilloscope, 2 Analogue. Ch., 200MHz Rohde & Schwarz Measurement of  flow velocity in the wind tunnel
Phantom Miro eX1 High-speed Camera Vision Research IncVis Imaging system for recording the bead motion in the wind-tunnel
Canon ef 180mm f/3.5 l usm macro lens Canon Imaging system for recording the bead motion in the wind-tunnel
Table LED Lamp Gloches South Korea Imaging system for recording the bead motion in the wind-tunnel

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Groh, C., Wierschem, A., Aksel, N., Rehberg, I., Kruelle, C. A. Barchan dunes in two dimensions: Experimental tests for minimal models. Phys. Rev. E. 78, 021304 (2008).
  2. Wierschem, A., Groh, C., Rehberg, I., Aksel, N., Kruelle, C. Ripple formation in weakly turbulent flow. Eur. Phys. J. E. 25, 213-221 (2008).
  3. Herrmann, H. Dune Formation in Traffic and Granular Flow. , Springer. Berlin. (2007).
  4. Stevanovic, V. D., et al. Analysis of transient ash pneumatic conveying over long distance and prediction of transport capacity. Powder Technol. 254, 281-290 (2014).
  5. Fan, F. -G., Soltani, M., Ahmadi, G., Hart, S. C. Flow-induced resuspension of rigid-link fibers from surfaces. Aerosol. Sci. Tech. 27, 97-115 (1997).
  6. Burdick, G., Berman, N., Beaudoin, S. Hydrodynamic particle removal from surfaces. Thin Solid Films. , 116-123 (2005).
  7. Chang, Y. Laboratory investigation of flume traction and transportation. Proceedings of the American Society of Civil Engineers. , 1701-1740 (1939).
  8. Paintal, A. A stochastic model of bed load transport. J. Hydraul. Res. 9, 527-554 (1971).
  9. Mantz, P. A. Incipient transport of fine grains and flakes by fluids-extended shield diagram. J. Hydr. Eng. Div.-Asce. 103, (1977).
  10. Yalin, M. S., Karahan, E. Inception of sediment transport. J. Hydr. Eng. Div.-Asce. 105, 1433 (1979).
  11. Kuhnle, R. A. Incipient motion of sand-gravel sediment mixtures. J. Hydraul. Eng. 119, 1400-1415 (1993).
  12. Marsh, N. A., Western, A. W., Grayson, R. B. Comparison of methods for predicting incipient motion for sand beds. J. Hydraul. Eng. 130, 616-621 (2004).
  13. Vollmer, S., Kleinhans, M. G. Predicting incipient motion, including the effect of turbulent pressure fluctuations in the bed. Water Resour. Res. 43, (2007).
  14. Valyrakis, M., Diplas, P., Dancey, C. L., Greer, K., Celik, A. O. Role of instantaneous force magnitude and duration on particle entrainment. J. Geophys. Res.-Earth. 115, (2010).
  15. Dey, S., Ali, S. Z. Stochastic mechanics of loose boundary particle transport in turbulent flow. Phys. Fluids. 29, 055103 (2017).
  16. Wiberg, P. L., Smith, J. D. Calculations of the critical shear stress for motion of uniform and heterogeneous sediments. Water Resour. Res. 23, 1471-1480 (1987).
  17. Ling, C. -H. Criteria for incipient motion of spherical sediment particles. J. Hydraul. Eng. 121, 472-478 (1995).
  18. Dey, S. Sediment threshold. Appl. Math. Model. 23, 399-417 (1999).
  19. Bravo, R., Ortiz, P., Pérez-Aparicio, J. Incipient sediment transport for non-cohesive landforms by the discrete element method (DEM). Appl. Math. Model. 38, 1326-1337 (2014).
  20. Ali, S. Z., Dey, S. Hydrodynamics of sediment threshold. Phys. Fluids. 28, 075103 (2016).
  21. Yalin, M. S. Mechanics of sediment transport. , Pergamon Press. California. (1977).
  22. Graf, W. H., Sueska, L. Sediment transport in steep channels. Journal of Hydroscience and Hydraulic Engineering. 5, 233-255 (1987).
  23. Recking, A. An experimental study of grain sorting effects on bedload. , Lyon. Doctor in Sciences thesis, Institut National des Sciences Appliques de Lyon (2006).
  24. Roušar, L., Zachoval, Z., Julien, P. Incipient motion of coarse uniform gravel. J. Hydraul. Res. 54, 615-630 (2016).
  25. Miller, R. L., Byrne, R. J. The angle of repose for a single grain on a fixed rough bed. Sedimentology. 6, 303-314 (1966).
  26. Fenton, J., Abbott, J. Initial movement of grains on a stream bed: the effect of relative protrusion. Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 352, 523-537 (1977).
  27. Kirchner, J. W., Dietrich, W. E., Iseya, F., Ikeda, H. The variability of critical shear stress, friction angle, and grain protrusion in water-worked sediments. Sedimentology. 37, 647-672 (1990).
  28. Armanini, A., Gregoretti, C. Incipient sediment motion at high slopes in uniform flow condition. Water Resour. Res. 41, (2005).
  29. Chin, C., Chiew, Y. Effect of bed surface structure on spherical particle stability. J. Waterw. Port Coast. 119, 231-242 (1993).
  30. Whitehouse, R., Hardisty, J. Experimental assessment of two theories for the effect of bedslope on the threshold of bedload transport. Mar. Geol. 79, 135-139 (1988).
  31. Buffington, J. M., Montgomery, D. R. A systematic analysis of eight decades of incipient motion studies, with special reference to gravel-bedded rivers. Water Resour. Res. 33, 1993-2029 (1997).
  32. Charru, F., Mouilleron, H., Eiff, O. Erosion and deposition of particles on a bed sheared by a viscous flow. J. Fluid Mech. 519, 55-80 (2004).
  33. Loiseleux, T., Gondret, P., Rabaud, M., Doppler, D. Onset of erosion and avalanche for an inclined granular bed sheared by a continuous laminar flow. Phys. Fluids. 17, 103304 (2005).
  34. Charru, F., Larrieu, E., Dupont, J. -B., Zenit, R. Motion of a particle near a rough wall in a viscous shear flow. J. Fluid Mech. 570, 431-453 (2007).
  35. Ouriemi, M., Aussillous, P., Medale, M., Peysson, Y., Guazzelli, É Determination of the critical Shields number for particle erosion in laminar flow. Phys. Fluids. 19, 061706 (2007).
  36. Lobkovsky, A. E., Orpe, A. V., Molloy, R., Kudrolli, A., Rothman, D. H. Erosion of a granular bed driven by laminar fluid flow. J. Fluid Mech. 605, 47-58 (2008).
  37. Martino, R., Paterson, A., Piva, M. Onset of motion of a partly hidden cylinder in a laminar shear flow. Phys. Rev. E. 79, 036315 (2009).
  38. Agudo, J., Wierschem, A. Incipient motion of a single particle on regular substrates in laminar shear flow. Phys. Fluids. 24, 093302 (2012).
  39. Agudo, J., et al. Detection of particle motion using image processing with particular emphasis on rolling motion. Rev. Sci. Instrum. 88, 051805 (2017).
  40. Agudo, J., et al. Shear-induced incipient motion of a single sphere on uniform substrates at low particle Reynolds numbers. J. Fluid Mech. 825, 284-314 (2017).
  41. Agudo, J., Dasilva, S., Wierschem, A. How do neighbors affect incipient particle motion in laminar shear flow? Phys. Fluids. 26, 053303 (2014).
  42. Seizilles, G., Lajeunesse, E., Devauchelle, O., Bak, M. Cross-stream diffusion in bedload transport. Phys. Fluids. 26, 013302 (2014).
  43. Seizilles, G., Devauchelle, O., Lajeunesse, E., Métivier, F. Width of laminar laboratory rivers. Phys. Rev. E. 87, 052204 (2013).
  44. Hong, A., Tao, M., Kudrolli, A. Onset of erosion of a granular bed in a channel driven by fluid flow. Phys. Fluids. 27, 013301 (2015).
  45. Derksen, J., Larsen, R. Drag and lift forces on random assemblies of wall-attached spheres in low-Reynolds-number shear flow. J. Fluid Mech. 673, 548-573 (2011).
  46. Happel, J., Brenner, H. Low Reynolds Number Hydrodynamics: With Special Applications to Particulate Media. , Martinuis Nijhoff. The Hague. (1983).
  47. Lajeunesse, E., et al. Fluvial and submarine morphodynamics of laminar and near-laminar flows: A synthesis. Sedimentology. 57, 1-26 (2010).
  48. Aussillous, P., Chauchat, J., Pailha, M., Médale, M., Guazzelli, É Investigation of the mobile granular layer in bedload transport by laminar shearing flows. J. Fluid Mech. 736, 594-615 (2013).
  49. Thompson, J. A., Bau, H. H. Microfluidic, bead-based assay: Theory and experiments. J. Chromatogr. B. 878, 228-236 (2010).
  50. Sawetzki, T., Rahmouni, S., Bechinger, C., Marr, D. W. In situ assembly of linked geometrically coupled microdevices. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105, 20141-20145 (2008).
  51. Amini, H., Sollier, E., Weaver, W. M., Di Carlo, D. Intrinsic particle-induced lateral transport in microchannels. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109, 11593-11598 (2012).
  52. Soepyan, F. B., et al. Threshold velocity to initiate particle motion in horizontal and near-horizontal conduits. Powder Technol. 292, 272-289 (2016).
  53. Deskos, G., Diplas, P. Incipient motion of a non-cohesive particle under Stokes flow conditions. International Journal of Multiphase Flow. , (2017).
  54. Julien, P. Y. Erosion and sedimentation. , Cambridge University Press. Cambridge. (2010).
  55. Jimenez, J. Turbulent flows over rough walls. Annu. Rev. Fluid Mech. 36, 173-196 (2004).
  56. O’neill, P., Nicolaides, D., Honnery, D., Soria, J. 15th Australasian Fluid Mechanics Conference. , The University of Sydney. 1-4 (2006).
  57. Schlichting, H. Boundary-Layer Theory. , McGraw-Hill. New York. (1979).
  58. Rotta, J. Das in wandnähe gültige Geschwindigkeitsgesetz turbulenter Strömungen. Arch. Appl. Mech. 18, 277-280 (1950).
  59. Schlichting, H., Gersten, K., Krause, E., Oertel, H. Boundary-layer theory. 7, Springer. (1955).
  60. Bruun, H. H. Hot-wire anemometry-principles and signal analysis. , Oxford: University Express. Oxford. (1995).
  61. Fan, D., Cheng, X., Wong, C. W., Li, J. -D. Optimization and Determination of the Frequency Response of Constant-Temperature Hot-Wire Anemometers. AIAA J. , 1-7 (2017).
  62. Valyrakis, M., Diplas, P., Dancey, C. L. Entrainment of coarse particles in turbulent flows: An energy approach. J. Geophys. Res.-Earth. 118, 42-53 (2013).
  63. Valyrakis, M., Diplas, P., Dancey, C. L. Entrainment of coarse grains in turbulent flows: An extreme value theory approach. Water Resour. Res. 47, (2011).
  64. Dey, S., Das, R., Gaudio, R., Bose, S. Turbulence in mobile-bed streams. Acta Geophys. 60, 1547-1588 (2012).
  65. Wu, F. -C., Chou, Y. -J. Rolling and lifting probabilities for sediment entrainment. J. Hydraul. Res. 129, 110-119 (2003).
  66. Leighton, D., Acrivos, A. The lift on a small sphere touching a plane in the presence of a simple shear flow. Z. Angew. Math. Phys. 36, 174-178 (1985).
  67. Tuyen, N. B., Cheng, N. -S. A single-camera technique for simultaneous measurement of large solid particles transported in rapid shallow channel flows. Exp. Fluids. 53, 1269-1287 (2012).
  68. Gollin, D., Bowman, E., Shepley, P. Methods for the physical measurement of collisional particle flows. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 26, 012017 (2015).
  69. Amon, A., et al. Focus on Imaging Methods in Granular Physics. Rev. Sci. Instrum. 88, (2017).
  70. Mouilleron, H., Charru, F., Eiff, O. Inside the moving layer of a sheared granular bed. J. Fluid Mech. 628, 229-239 (2009).
  71. Diplas, P., et al. The role of impulse on the initiation of particle movement under turbulent flow conditions. Science. 322, 717-720 (2008).
  72. Coleman, N. L. A theoretical and experimental study of drag and lift forces acting on a sphere resting on a hypothetical streambed. International Association for Hydraulic Research, 12th Congress, proceedings. 3, 185-192 (1967).
  73. El-Gabry, L. A., Thurman, D. R., Poinsatte, P. E. Procedure for determining turbulence length scales using hotwire anemometry. , NASA Technical Reports NASA/TM-2014-218403 (2014).
  74. Roach, P. The generation of nearly isotropic turbulence by means of grids. Int. J. Heat Fluid Fl. 8, 82-92 (1987).

Tags

الهندسة، المسألة 132، تدفق الحبيبية، تدفق الجسيمات/السائل، وانتقال الرواسب، والحركة وليدة
بصريا على أساس توصيف الحركة الجسيمات الأولية في ركائز العادية: من الصفحي الظروف المضطربة
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Agudo, J. R., Han, J., Park, J.,… More

Agudo, J. R., Han, J., Park, J., Kwon, S., Loekman, S., Luzi, G., Linderberger, C., Delgado, A., Wierschem, A. Visually Based Characterization of the Incipient Particle Motion in Regular Substrates: From Laminar to Turbulent Conditions. J. Vis. Exp. (132), e57238, doi:10.3791/57238 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter