Vakum Koşullarında Restitüsyon katsayısı ölçümü için bir deneysel Kur Geliştirilmesi

Bu deneysel düzeneğin genel amacı, vakum koşulları altında çarpışan parçacıkların geri sıçrama katsayısını ölçmektir. Geri sıçrama katsayısı, mühendislik endüstrisindeki granüler katıların taşınması, elleçlenmesi ve depolanması gibi her türlü mühendislik işleminde yer aldığından, bu yöntem mühendislik problemlerinin çözümüne katkıda bulunabilir. Bu yöntemin temel avantajı, parçacık hazneye girdiğinde onu hızlandırmadan, vakum koşulları altında ince tozlara uygulanabilmesidir.

Laboratuvarımdan lisansüstü öğrencisi Sven Drucker prosedürü uygulamalı olarak gösterecektir. Kendisi Pardem adlı bir projenin çerçevesinde çalışmaktadır. Herhangi bir boyuttaki parçacıklarla çalışmak için önce vakum odasının üzerindeki kılıfı çıkarın ve üst kapağı kaldırın.

Ardından, istenen duvar malzemesine sahip taban plakasını seçerek hazneye yerleştirin. Sonra, vakum haznesinin alt kısmını yan çevirin ve taban plakasını dikkatlice konumuna kaydırın. Daha sonra, bir cımbız kullanarak, bilinen boyuttaki tam bir partikülü taban plakasının merkezine yerleştirin.

Ardından, taban plakası görsel alanın en alt çeyreğinde kalacak ve odak parçacık üzerinde olacak şekilde, bir tripoda monte edilmiş yüksek hızlı video kamerasının konumunu ayarlayın. Yüksek hızlı kamerayı, 528 x 396 piksel çözünürlükte saniyede 10.000 kare kaydedecek şekilde ayarlayın. Daha sonra, referans amacıyla parçacığın kısa bir videosunu çekin.

Daha sonra partikülü çıkarmayı unutmayın. 700 mikron veya daha kaba partiküllerle çalışırken, öncelikle istenen çarpma hızına ulaşılması için partikül haznesinin yüksekliğini ayarlayın. Yüksekliği, tutucu plakaya takılı olan ölçeği kullanarak ölçün.

Ardından, partikül haznesini bir pipet ucuyla kapatın. Şimdi, vakum haznesinin üst kapağını kaldırın ve cımbız kullanarak partikül haznesinin içine tek bir küre yerleştirin. Bu örnekte katı bir küre gösterilmektedir.

Bununla birlikte, içi sıvı dolu küreler de test edilebilir. Üst kapağı vakum odasının alt kısmına yerleştirin ve üst kapak ile vakum odasının alt kısmını manşonla bağlayın. Şimdi, vakum oluşturmadan önce koruyucu gözlüklerinizi takın.

Pompayı kullanarak, istenen basınca ulaşana kadar hazneyi tahliye edin. Bu gösterimdeki hedef basınç 0.1 millibardır. Ardından, haznenin yan tarafındaki valfi kapatın ve pompayı kapatın.

Bu aşamada, video kaydını başlatın. Kayıt sırasında, partikülü serbest bırakmak için partikül haznesinin deliğini açın ve aynı anda pipet ucuna takılı olan çubuğu çekip döndürün. Bu işlem, çubuk ile sızdırmazlık halkası arasındaki yüksek sürtünmeden kaynaklanan yapışma-kayma sorunlarını önleyecektir.

Çarpışma gerçekleştikten sonra kaydı derhal durdurun. Sadece sınırlı sayıda kare kaydedilebilir ve limit aşıldığı anda ilk karelerin üzerine yazılır. Videoyu ekran üzerinden çarpışma anının etrafından kesin ve hafıza kartına kaydedin.

Doğru bir ana değer elde etmek için deneyin yaklaşık 10 kez tekrarlanması öngörülür. Daha ince parçacıklarla çalışırken, birkaç değişiklik yaparak temel olarak aynı prosedürü uygulayın. Katlanmış bir kağıt parçasına 50 ila 100 küre yerleştirin ve ardından parçacıkları kağıttan hazneye yükleyin.

Deneyin başlangıcında çubuk çekilirken, tüm parçacıkların aynı anda düşmesini önlemek için çok yavaş çekiniz. Videoyu kırparken, en az 10 adet net odaklanmış çarpışmanın görünür olduğundan emin olacak şekilde yapınız. Verileri değerlendirmeden önce, yazılımın kalibre edilmesi gerekmektedir.

Kurulum sırasında elde edilen bilinen boyuttaki partikülün bulunduğu bir kareyi yükleyin. Ardından, yatay çapın piksel sayısını sayın ve dönüştürme faktörünü, yani piksel başına düşen mesafeyi elde etmek için bilinen mesafeyi piksel sayısına bölün. Partikül ile beyaz arka plan arasındaki kontrast nedeniyle yatay ekseni kullanmak daha kolaydır.

Çarpma hızını hesaplamak için, çarpma noktasından 10 kare önce kürenin tepe kısmına bir hareket referans noktası ve çarpmadan bir kare önce ikinci bir referans noktası belirleyin. Kat edilen mesafeyi hesaplamak için iki nokta arasındaki piksel sayısını ve dönüşüm faktörünü kullanın. Ardından, çarpma hızını elde etmek için mesafeyi dokuz kare arasında geçen süreye bölün.

Geri sıçrama hızını hesaplamak için, çarpışmadan bir kare sonrası ve çarpışmadan on kare sonrası zamanlardaki kürenin tepe noktasındaki referans noktalarını kullanın. Son olarak, geri sıçrama hızının çarpma hızına oranı olarak geri sıçrama katsayısını veya COR'u hesaplayın. Kaydedilen tüm düşürme testi videolarını değerlendirmek için tüm bu adımları tekrarlayın.

100 mikron ile dört milimetre arasında çaplara sahip cam parçacıkları, 20 milimetre kalınlığındaki paslanmaz çelikten bir taban plakası üzerine 200 milimetrelik bir başlangıç yüksekliğinden bırakılmıştır. 700 mikron veya daha büyük parçacıklar için COR ortalama değeri yaklaşık 0,9 olarak belirlenmiştir. Bu sonuç hava basıncından bağımsızdır.

Çapı 400 mikrondan küçük olan parçacıklar için, vakum koşulları altında COR yaklaşık 0,9 değeriyle sabit kalmıştır. Atmosfer basıncı altında ise geri sıçrama katsayısı parçacık çapı ile birlikte azalmıştır. Çarpma hızına ilişkin sonuçlar, parçacığın boyutuna ve atmosfer basıncına bağlı olarak değişkenlik göstermiştir.

Hassas tozlar atmosferik basınç altında çok daha yavaştı, vakum koşulları altında ise çarpma hızları yalnızca hafifçe azaldı. Veriler, hatalı bir kalibrasyondan kaynaklanmış olabilecek 700 mikron seviyesinde bazı istisnai aykırı değerler gösterdi. Bu videoyu izledikten sonra, vakum koşulları altındaki serbest düşme deneylerinde geri sıçrama katsayısının nasıl ölçüleceği konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız.

Bu yöntem üzerinde uzmanlaşıldığında ve düzgün uygulandığında, 10 partikül için bir buçuk saatte tamamlanabilir. Vakum koşulları altında cam silindirle çalışmanın son derece tehlikeli olduğu ve her zaman önlem alınması gerektiği unutulmamalıdır.