Bir Hareketli Yüzeyde Yüksek Hızlı Sıvı Jet birikiminin Görselleştirme

Aşağıdaki deneyin genel amacı, serbest yüzeyli bir sıvı jetinin yüksek hızda hareket eden yüzeylere çarpmasını incelemektir. Bu, iki farklı düzenek kullanılarak gerçekleştirilir. Bunlardan ilki, bir nozülün üzerine sıvı jet püskürttüğü, saniyede 100 metre maksimum hıza sahip dönen bir disktir.

Video kameralar, daha sonraki analizler için sıvının yüzeye çarpmasını kaydeder. İkinci düzenek, bir mermiyi saniyede 25 metreye kadar hızla fırlatabilen, sıkıştırılmış hava ile çalışan bir raylı tüfektir. Mermi, içinden ince bir sıvı akımının zorlandığı bir orifisin altından geçer.

Bir kamera, etkinin analizi için video kaydı yapar. Ardından video analiz edilir ve jet yüzey etkisi karakterize edilip nicelleştirilir. Sonuçlar, üç farklı etki davranışı türü olduğunu ve bu davranışlar arasındaki geçişlerin çeşitli değişkenlere bağlı olduğunu göstermektedir.

Bu yöntem, serbest yüzey akışkanlar mekaniği alanındaki bazı temel soruların, özellikle de hareketli bir yüzeye çarpan serbest yüzey sızıntısının yayılma karakteristiklerinin yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Ayrıca, hareketli temas çizgilerinin akışkanlar mekaniğini incelemek için de kullanılabilir. Bu video, test sıvısının hazırlanmasının ardından, dönen disk düzeneği ile başlamaktadır.

Bu şema sistemin genel bir görünümünü sunmaktadır. Bir disk, değişken frekanslı sürücülü bir elektrik motoru tarafından hareket ettirilir. Test sıvısından oluşan bir jetin disk yüzeyine yönlendirilmesi için bir nozul konumlandırılmıştır. Kameralar.

Sıvı yüzey etkileşimi işlemini kaydedin. Hava yastığının hava besleme vanasının açık olduğundan emin olarak düzeneği kontrol etmeye başlayın. Basınç göstergesi 60 ila 80 PSI manometre basıncı aralığında olmalıdır.

Ardından, diskin hareketini engelleyebilecek her şeyi temizleyin ve diski döndürün. Herhangi bir sorun olup olmadığını kontrol etmek için her iki yönde birkaç tur döndürün. Test sıvı sistemiyle çalışmaya geçin.

Test sıvısı basınçlandırması için kullanılan sıkıştırılmış gaz akümülatörünü bağlayın ve sabitleyin. Hazır olduğunda, üç kilogram test sıvısını veya sıvıya sahipken sıvıyı akümülatörün sıvı portuna yerleştirin. Önce gerekli bağlantıları yapmaya devam edin.

Akümülatörün gaz portunu, bir basınç regülatörü aracılığıyla azot tankına bağlayın. Ardından, akümülatörün sıvı portunu jet sprey nozuluna bağlayın. Son olarak, iki video kamerayı kontrol ederek disk ve sürücü için kontrol yazılımını başlatın.

Her biri yüksek büyütmeli bir lense sahiptir ve jet çarpma noktasından 35 santimetre uzağa yerleştirilerek her biri farklı bir görünümü yakalar. Arka planın eşit şekilde aydınlatılmasını sağlamak için 150 watt'lık bir fiber optik ışık kaynağı konumlandırıldığında testler başlayabilir. Tüm sistem bileşenleri hazır olduğunda.

Disk hızını istenen değere ayarlamak için değişken frekanslı sürücü kontrol cihazını kullanın. Bu örnekte, kontrol yazılımında hız yaklaşık 1000 RPM olarak ayarlanmıştır. Otomatik testi başlatmak için test dizisi (test sequence) düğmesine tıklayın.

Test sırasında yazılım optimal parametreleri belirler. Yüzey hızını, nozül geri basıncını ve sıcaklığı izler ve test tamamlandığında kameraları tetikler. Videoyu ve diğer verileri kaydeder; deneyler bir hava topu kullanılarak da yürütülebilir.

Hava topu, bir hava tankı tarafından basınçlandırılan çelik bir namludan oluşur. Mermi, sıvı jetinin çarpacağı metal bir üst yüzeye sahip ahşaptan yapılmıştır. Namlunun üzerindeki bir nozul, sıvı jetini sağlar.

Şimdi hazırlanan üç kilogram test sıvısını alıp akümülatörün sıvı portuna dökün. İşlem tamamlandığında, akümülatörün sıvı portunu jet püskürtme memesine bağlayın ve akümülatör gaz portundan gelen boruyu bir nitrojen tüpüne bağlayın. Basınç regülatörünü çalıştırın.

Akümülatör basıncını yaklaşık 40 PSI olarak ayarlayarak sıvı hazırlama işlemini tamamlayın. Bu video için kontrolcü yazılımını açın. Ardından mermiyi alın ve top namlusuna yerleştirin.

Durdurma mekanizmasını namlu çıkışına getirin. Ardından, hava tankına giden basınçlı hava hattını açın. İstenen mermi hızını elde etmek için tankı 30 ile 70 PSI aralığında basınçlandırın.

Bu noktada, video kaydı için görüntü yakalama kurulumunu kontrol edin. Jet püskürtme nozulunun yanına yüksek hızlı bir kamera ve kameranın karşısında, hava tabancası namlusunun önünde bir difüzyon sayfası yerleştirin. Çarpma bölgesini aydınlatmak için difüzörden geçecek şekilde yüksek yoğunluklu bir fiber optik ışık sabitleyin.

Her şey hazır olduğunda, hava topu patlamasına karşı korunmak için hava yosunu giyin. Top Kontrol paneline erişin ve deneyin başladığını belirtmek için uyarı düğmesine basın. Mermiyi ateşlemek için Hava Tabancası Kontrol paneli düğmesine basın; böylece hava Topu otomatik kontrol sistemi etkinleşecek ve düzeneğin her bir bileşeni koordine edilecektir.

Veri analizi için testi tamamlamak amacıyla, belirli bir test koşulu için yüksek hızlı kayıtları görüntülemeye uygun yazılıma sahip bir bilgisayar kullanın. Jetin davranışını gözlemlemek ve kaydetmek için çarpma videosunu normal hızda oynatın. Görüntü ölçeğini kalibre ettikten sonra, videoda bir aralık belirleyin.

Jet en kararlı göründüğünde, çarpma noktasından itibaren ilgili boyutların ölçümüne ve kaydedilmesine başlayın. Bu durumda, lamella durgunluk noktası yarıçapını belirlemek için yazılım kullanılır. Devam etmeden önce tüm boyutların ölçümünü tamamlayın.

Ardından, görüntüler üzerinden 100 kare ilerleyin. Jetin ve lamellanın stabil olduğunu doğrulamak için ölçümleri tekrarlayın. Hareketli yüzeylere sıvı jet çarpmasıyla ilişkili üç ana davranış vardır: birikim sıçraması (deposition splatter) ve sıçrama (splash).

Bu örnek sabit görüntüler, jetin yüzeye doğru düz ve sabit bir akışla ilerlediği deneyler sırasındaki video kayıtlarından elde edilmiştir. Birikme durumunda, jet yüzeye yapışır ve yüzeyde kalır. Deneyin geri kalanında, sıvı jetin çarpma yüzeyine yalnızca kısmen yapıştığı durumlarda sıçrama ve saçılma meydana gelir.

Birikme davranışı ile sıçrama veya şıpırtı arasındaki geçiş; jet çapı, jet ve yüzey hızları, jet viskozitesi, çevre hava basıncı ve hatta yüzey pürüzlülüğü dahil olmak üzere birçok değişkenin bir fonksiyonudur. Örneğin, bu videoda, jetin 510 nanometre pürüzlülüğe sahip ilk yüzeye ve 160 nanometre pürüzlülüğe sahip ikinci bir yüzeye çarpmasıyla jet birikmesi gözlemlenmektedir. Buna karşılık, jet 16 nanometre pürüzlülüğe sahip üçüncü bir yüzeye çarptığında sıçrama meydana gelir.

Bir sıvı jetinin hareketli bir alt tabaka üzerine çarpması fiziksel olarak oldukça karmaşıktır. Bu videoda gösterilen düzenek, jet çarpmasını kontrollü bir bilimsel yöntemle incelemeye olanak tanır.