Daldırılmış cisimlerde kaldırma kuvveti ve sürüklenme

1. Gaz enjeksiyon test bölümünün imalatı (şema ve fotoğrafa bakınız, Şekil 2)

1. Uzun, düz duvarlı plastik bir kabın dibine bir delik açın. Bu delikten bir duvar bölme bağlantısı takın. Bölme bağlantı çıkışındaki ~3.2 mm'lik boru sıkıştırma bağlantısına bir redüksiyon bağlantısı takın. Bu, kabarcık / damlacık enjeksiyon portu olacaktır.
2. Sıkıştırma bağlantısına kısa uzunlukta (~1 cm) 3.2 mm çapında yumuşak kauçuk kordon takın ve bağlantı somununu sıkın. Bir dikiş iğnesi kullanarak, lastik kordondan ince bir delik açın. Bu, sıvı kabına kabarcıklar/damlacıklar enjekte etmek için valf olacaktır.
3. Kabı ~ 25 cm seviyesine kadar gliserinle doldurun. Kaptaki kabarcık sürüklenmesini azaltmaya yardımcı olmak için gliserini kabın yan duvarından bir film olarak yavaşça dökün. Kaptan daha büyük baloncukların çıkmasına izin vermek için ~ 2 saat bekleyin.
4. Sıvının üst kısmı görünecek şekilde, kabın içine bakan bir tripoda bir video kamera monte edin. Kabın diğer tarafına, kameraya bakacak şekilde parlak bir ışık monte edin (arka aydınlatma). Eşit aydınlatmayı sağlamak için ışık ve kap arasına bir difüzör levhası yerleştirin.

2. Deneylerin yapılması

1. Gliserin kabına, enjeksiyon portunun üstüne, kameraya bakacak şekilde bilinen boyutta bir cetvel veya düz bir nesne yerleştirin. Nesnenin kısa bir videosunu kaydedin. Bu, px cinsinden kabarcık boyutundan ve px s^-1 cinsinden yükselme hızından sırasıyla m ve m s^-1 değerine eşlemek için bir ölçek görevi görecektir.
2. İnce iğneli bir şırınga kullanarak ( örneğin , 20 gauge). Kauçuk valften sıvıya çeşitli boyutlarda gaz kabarcıkları enjekte edin. Sıvının içinden yükselen baloncukların videolarını kaydetmek için kamerayı kullanın.
3. Yağ bazlı gıda boyasını soya fasulyesi bitkisel yağı (veya diğer düşük viskoziteli bitkisel yağlar) ile karıştırın. Şırıngayı kullanarak, gliserin kabına çeşitli boyutlarda renkli yağ damlacıkları enjekte edin. Yükselen damlacıkların videolarını kaydedin.

3. Analiz

1. VLC media player gibi bir yazılım kullanarak, cetvelin videosundan görüntü anlık görüntülerini dışa aktarın (Adım 2.1). Bir görüntü düzenleme yazılımında, cihazın bilinen bir uzunluğu boyunca piksel mesafesini ölçün. Uzunluk ölçeklendirme faktörü daha sonra olarak belirlenebilir, burada L_m} nesnenin metre cinsinden fiziksel uzunluğudur ve L_px görüntüdeki piksel cinsinden nesne uzunluğudur.
2. Her baloncuk veya damlacık yükselme hızı videosu için, baloncukların/damlacıkların kamera görünümü penceresine girdiği ve çıktığı andaki görüntü anlık görüntülerini çıkarın. Bir görüntü düzenleme yazılımında kabarcık/damlacık (yatay) çaplarını ölçün (D_px). Ortalama yükselme hızlarını (U_px) kabarcık/damlacık burun konumlarındaki farkın, ilk ve son görüntü anlık görüntüleri arasındaki geçen video sürelerine bölünmesiyle ölçün. Bu piksel değerlerini şu şekilde fiziksel değerlere dönüştürün: D = sD_px ve U = sU_px.
3. Kabarcık ve damlacık Reynolds sayılarını () ve sürükleme katsayılarını (Denklem 2) değerlendirin. Bu değerleri çizin ve Denklem 3'ten elde edilen teorik sonuçlarla karşılaştırın. Oda sıcaklığında (22°C) sıvı özellikleri:
   • Gliserin: ρ_f = 1300 kg m^-3, μ_f = 3,7 kg m^-1 s^-1
   • Hava: ρ_b = 1,19 kg m^-3
   • Soya yağı: ρ_b = 920 kg m^-3

Şekil 2: (a) Deney tesisinin şematik ve (b) fotoğrafı.