وضع الإعداد التجريبية لقياس معامل الرد تحت ظروف الفراغ

1Industrial Process Engineering, University of Technology of Compiègne, 2Institute for Particle Technology, Technische Universität Braunschweig
Published 3/29/2016
0 Comments
  CITE THIS  SHARE 
Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





By clicking "Submit", you agree to our policies.

 

Summary

معامل الرد هو المعلمة التي تصف فقدان الطاقة الحركية أثناء الاصطدام. هنا، تم تطوير برنامج إعداد السقوط الحر في ظل ظروف الفراغ لتكون قادرة على تحديد معامل المعلمة الرد للجسيمات في نطاق ميكرومتر مع سرعات عالية التأثير.

Cite this Article

Copy Citation

Drücker, S., Krautstrunk, I., Paulick, M., Saleh, K., Morgeneyer, M., Kwade, A. Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions. J. Vis. Exp. (109), e53299, doi:10.3791/53299 (2016).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

يتم استخدام المتقطعة العنصر طريقة لمحاكاة نظم الجسيمات لوصف وتحليلها، للتنبؤ وبعد ذلك تحسين سلوكهم لمراحل واحدة من عملية أو حتى العملية برمتها. لمحاكاة مع تحدث الجسيمات الجسيمات والجسيمات جدار الاتصالات، مطلوب قيمة معامل الرد. ويمكن تحديدها بشكل تجريبي. معامل الرد يعتمد على عدة معايير مثل سرعة تأثير. خاصة بالنسبة للجسيمات دقيقة سرعة التأثير يعتمد على ضغط الهواء وتحت الضغط الجوي لا يمكن التوصل إلى سرعات عالية التأثير. لهذا، وضعت الإعداد التجريبية الجدد للاختبارات السقوط الحر في ظل ظروف الفراغ. يتم تحديد معامل الرد مع سرعة تأثير وانتعاش التي يتم الكشف عنها بواسطة كاميرا عالية السرعة. أن لا تعرقل وجهة نظر، ويتكون فراغ الغرفة من الزجاج. أيضا آلية الإصدار الجديد لإسقاط جسيم واحد واحد في ظل فراغهي التي شيدت الظروف. نظرا لذلك، كل خصائص الجسيمات يمكن وصف مسبقا.

Introduction

المساحيق والحبيبات في كل مكان حولنا. إن الحياة بدونها مستحيلة في المجتمعات الحديثة. تظهر في المواد الغذائية والمشروبات والحبوب أو حتى الطحين والسكر والبن والكاكاو. هناك حاجة إليها لكائنات المستخدمة يوميا مثل الحبر للطابعة ليزر. أيضا صناعة البلاستيك ليست تخيلها بدونها، لأنه يتم نقلها البلاستيك في شكل حبيبات قبل ذاب وإعطاء شكل جديد. بعد اينيس وآخرون. 1 لا يقل عن 40٪ من القيمة المضافة للمؤشر أسعار المستهلكين في الولايات المتحدة الأمريكية من قبل صناعة الكيماويات (الزراعة والمواد الغذائية والأدوية والمعادن والذخائر) متصلة تكنولوجيا الجسيمات. Nedderman 2 ذكر حتى أن حوالي 50٪ (وزن) من المنتجات وما لا يقل عن 75٪ من المواد الخام والمواد الصلبة الحبيبية في الصناعة الكيميائية. وأعلن أيضا أن هناك تحدث العديد من المشاكل المتعلقة تخزين ونقل المواد الحبيبية. واحد من هؤلاء هو أنه أثناء النقل وhandliنانوغرام العديد من الاصطدامات تحدث. لتحليل ووصف وتوقع سلوك نظام الجسيمات، المتقطعة طريقة العناصر (ماركا) المحاكاة لا يمكن أن يؤديها. لهذه المحاكاة معرفة سلوك اصطدام نظام الجسيمات هو ضروري. المعلمة التي تصف هذا السلوك في محاكاة ماركا هي معامل الرد (مجلس النواب) الذي يجب أن تحدد في التجارب.

مجلس النواب هو الرقم الذي يميز فقدان الطاقة الحركية خلال التأثير كما وصفها Seifried وآخرون. 3. وأوضحوا أن هذا هو سبب التشوهات البلاستيك، انتشار الموجات والظواهر اللزجة. ذكر ثورنتون ونينغ 4 أيضا أن بعض الطاقة قد تبدد من العمل يرجع إلى واجهة التصاق. مجلس النواب يعتمد على سرعة التأثير، والسلوك المادي، وحجم الجسيمات والشكل وخشونة، ومحتوى الرطوبة، خصائص التصاق ودرجة الحرارة كما جاء في Antonyuk وآخرون. 5. لcompletelتأثير مرونة ذ يتم إرجاع كل يمتص الطاقة بعد التصادم بحيث السرعة النسبية بين الشركاء الاتصال تساوي قبل وبعد الأثر. وهذا يؤدي إلى مجلس النواب من ه = 1. خلال تأثير البلاستيك تماما يمتص كل الطاقة الحركية الأولية والشركاء الاتصال تلتصق ببعضها البعض مما يؤدي إلى مجلس النواب من ه = 0. وعلاوة على ذلك، أوضح Güttler وآخرون. 6 ان هناك اثنين أنواع الاصطدامات. من جهة، هناك تصادم بين اثنين من المجالات والذي يعرف أيضا باسم اتصال الجسيمات الجسيمات. من ناحية أخرى، هناك تصادم بين المجال وصفيحة الذي يسمى أيضا الجسيمات الجدار للإتصال به. مع بيانات لمجلس النواب وغيرها من خصائص المواد مثل معامل الاحتكاك، والكثافة، لا يمكن أن يؤديها نسبة ومعامل القص محاكاة ماركا بواسون لتحديد السرعات وتوجهات ما بعد الصدم من الجزيئات كما أوضح Bharadwaj وآخرون. 7. كما شوسفل في Antonyuk وآخرون. ويمكن حساب مجلس النواب مع نسبة سرعة الارتداد للتأثير سرعة.

لذلك تم بناء على الإعداد التجريبية لاختبارات السقوط الحر لفحص اتصال الجسيمات الجدار من الجسيمات التي يبلغ قطرها من 0.1 مم إلى 4 مم. الاستفادة من تجارب السقوط الحر مقارنة التجارب تسارع كما في فو وآخرون. (8) وسمرفلد وهوبر 9 هي أن دوران يمكن القضاء عليها. وبالتالي، فإن نقل بين التناوب ومتعدية الطاقة الحركية التي تؤثر على مجلس النواب يمكن تجنبها. تحتاج الجسيمات شبه كروي لتكون وضعت في فورستر وآخرون 10 أو لورينز وآخرون. 11 لاتخاذ دوران بعين الاعتبار. كما مجلس النواب واعتمادا على سرعة التأثير، السرعات تأثير في التجارب يجب أن تتطابق مع تلك الموجودة في عمليات النقل والمناولة الحقيقية. في تجارب السقوط الحر تحت الضغط الجوي، وسرعة تأثير محدودمن قوة السحب، وجود النفوذ المتزايد لتقليل حجم الجسيمات. للتغلب على هذا العائق، والإعداد التجريبية يعمل في ظل ظروف الفراغ. والتحدي الثاني هو إسقاط واحد فقط جسيم واحد منذ ذلك الحين فمن الممكن أن تميز كل الخصائص التي تؤثر في مجلس النواب مسبقا، لخشونة سطح المثال والالتصاق. مع هذه المعرفة، مجلس النواب يمكن ان تتحدد وفقا لخصائص الجسيمات. لهذا، تم تطوير آلية الإصدار الجديد. قضية أخرى هي قوات لاصقة من المساحيق التي يبلغ قطرها أقل شأنا من 400 ميكرون. ولذلك، فإن درجة الحرارة والبيئة الجافة والمحيط ضرورية للتغلب على الالتصاق.

يتكون الإعداد التجريبية من عدة أجزاء. يتم عرض وجهة نظر الخارجي من الإعداد التجريبية الموجودة في الشكل 1. أولا، هناك فراغ الغرفة التي يتم إجراؤها من الزجاج. وهو يتألف من الجزء السفلي (اسطوانة)، غطاء رأس، وختم وكم لربطأجزاء. الجزء السفلي له فتحتان للاتصال مع مضخة فراغ وقياس الفراغ. الغطاء العلوي لديها أربع فتحات. اثنان منهم ضرورية لالعصي من آلية إطلاق موضح أدناه، وكذلك اثنين من التي يمكن استخدامها لمزيد من التحسينات من التجربة. كل هذه الفتحات يمكن أن تكون مغلقة مع حلقات ختم وقبعات المسمار عندما تعمل في ظل ظروف الفراغ.

وعلاوة على ذلك، تم تطوير آلية الإصدار الجديد لأن استخدام فوهة فراغ كما هو الحال في العديد من التجارب الموثقة الأخرى في الأدب (على سبيل المثال فورستر وآخرون. 10، لورينز وآخرون. 11، فو وآخرون 12 أو ونغ وآخرون. 13) غير ممكن في بيئة فراغ. ويتحقق الآلية التي غرفة اسطوانية مع وجود ثقب الحفر المخروطية التي تحوزها طبق من ذهب. ويرتبط هذا إلى العصا التي تناسبها في واحدة من حلقات ختم الغطاء العلوي من فراغ الغرفة وتضمن التعديل من variabلو ارتفاع الأولي للتجارب السقوط الحر. ويوجه مقياس على عصا لقياس الارتفاع. ويتم تنفيذ إغلاق غرفة الجسيمات من قبل طرف مخروطي الشكل من ماصة متصلة مرة أخرى إلى عصا. ويمكن رؤية آلية إطلاق جديدة في الشكل (2) ويعمل كما هو موضح هنا: في الحالة الأولية يتم الضغط على طرف ماصة أسفل بحيث محيط من طرف تلامس حافة حفر حفرة في الغرفة. إغلاق غرفة مع طرف ماصة مثل عدم وجود مساحة لالجسيمات بمغادرة الغرفة من خلال ثقب. للافراج عن الجسيمات، يتم سحبها عصا صعودا جدا معا ببطء مع طرف المتصلة به. كما القطر من طرف يضيق الفجوة بين محيطها، وعلى حافة حفر حفرة تنشأ من خلالها الجسيمات يمكن أن يخرج من الحجرة. على الرغم من أن يمكن للمرء أن يتوقع دوران الجسيمات مع آلية إطلاق المطورة حديثا مثل الجسيمات يمكن أن 'لفة' للخروج من شامنوفمبر، يظهر سلوك مختلفة في التجارب. ويبين الشكل 3 أثر جسيم غير كروية من 50 لقطة قبل ل50 لقطة بعد الأثر في الخطوات من 25 لقطة. من شكل الجسيمات لا دوران مرئيا أمام الأثر (1-3)، في حين بعد ذلك يدور الواضح (4-5). وبالتالي فإن الإفراج غير التناوب ادعى تجري مع هذه الآلية الافراج عنهم.

عنصر آخر من الإعداد التجريبية هو اللوح الأساس. في الواقع هناك ثلاثة أنواع مختلفة من baseplates تتكون من مواد مختلفة. وجعل واحدة من الفولاذ المقاوم للصدأ، والثانية من الألومنيوم وثلث البولي فينيل كلورايد (PVC). وتمثل هذه baseplates المواد المستخدمة في كثير من الأحيان في هندسة العمليات على سبيل المثال في المفاعلات والأنابيب.

لتحديد تأثير وانتعاش سرعات، يستخدم كاميرا عالية السرعة مع 10،000 في الثانية وحسم 528 س 396 بكسل. يتم اختيار هذا التكوين كما أن هناك دائماصورة واحدة بالقرب من تأثير، وكذلك القرار لا يزال مرضيا. توصيل الكاميرا إلى الشاشة التي تظهر في أشرطة الفيديو في لحظة عندما يتم تسجيلها. وهذا أمر ضروري، لأن الكاميرا عالية السرعة يمكن أن ينقذ فقط كمية محدودة من الصور والكتابة في بداية الفيديو عندما يتم تجاوز هذا المبلغ. وعلاوة على ذلك، لا بد من مصدر ضوء قوي للإضاءة من المجال البصري للكاميرا عالية السرعة. للإضاءة التوحيد يتم لصقها على ورقة الرسم الفني على مساعدات من فراغ الغرفة التي ينتشر الضوء.

وأخيرا، يتم استخدام مرحلتين مضخة دوارة دوارة لإنشاء فراغ من 0.1 مللي بار والتدابير قياس الفراغ الفراغ لضمان الظروف البيئية المستمرة.

لحبات الزجاج عمل يعرض هنا مع أقطار الجسيمات مختلفة (0.1-0.2، 0.2-0.3، 0.3-0.4، 0.700، 1.588، 2.381، 2.780، 3.680 و 4.000 ملم) يتم استخدامها. مصنوعة من الخرز الجير الصوداالزجاج وتكون كروية مع سطح أملس إلى حد ما.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. التجارب مع الجسيمات Coarser الأقل أو يساوي 700 ميكرون

  1. إعداد الإعداد التجريبية
    1. إزالة كم ورفع الغطاء العلوي للفراغ الغرفة. وضع اللوح الأساس يتكون من مادة جدار المطلوب في فراغ الغرفة. أدر الجزء السفلي من جانبي فراغ الغرفة الانزلاق في لوحة بعناية بواسطة اليدين.
    2. المكان بالضبط واحدة من الجزيئات التي يجب تدقيقها مع ملاقط في وسط اللوح الأساس. بعد ذلك ضبط ارتفاع الكاميرا مع ترايبود في مثل هذه الطريقة التي اللوح الأساس هو في أدنى ربع من المجال البصري والتركيز على الجسيمات.
    3. إزالة الجسيمات باستخدام الملقط.
  2. طريقة تجريبية
    1. ضبط ارتفاع للغرفة الجسيمات في مثل هذه الطريقة التي يتم الوصول إلى سرعة التأثير المطلوب من الجسيمات. استخدام النطاق على عصا تعلق على لوحة عقد كمؤشر للارتفاع. إغلاق غرفة الجسيمات معغيض من ماصة عن طريق دفع إلى أسفل بحيث محيط ماصة تلامس حافة حفر حفرة للغرفة. فتح الأكمام ورفع الغطاء العلوي للفراغ الغرفة.
    2. وضع مجال واحد واحد في غرفة الجسيمات مع ملاقط. المجال يمكن أن تكون صلبة أو (كما هو الحال في Louge وآخرون. 14) مليئة السائل، وهذا يتوقف على نوع من الجزيئات يتم تحليلها. ومع ذلك، في هذا العمل يتم فحص الجسيمات فقط الصلبة. ضع الغطاء العلوي في الجزء السفلي من فراغ الغرفة (اسطوانة) وتوصيل الغطاء العلوي والجزء السفلي من فراغ الغرفة مع الأكمام.
    3. إخلاء الغرفة مع مضخة فراغ حتى يتم التوصل إلى مستوى 0.1 مللي بار (أو أي القيمة المطلوبة الأخرى). قياس الضغط مع قياس الفراغ. إغلاق صمام في جانب من فراغ الغرفة وإيقاف مضخة فراغ. ارتداء نظارات السلامة عند العمل في ظل ظروف الفراغ.
    4. تطبيق معدل الإطار من 10،000 في الثانية وضبط إعدادات الكاميرا (طرحأيون / التكبير) للحصول على قرار من 528 س 396 بكسل. بدء التسجيل للكاميرا عالية السرعة وفتح ثقب في غرفة الجسيمات لتحرير الجسيمات. في وقت واحد سحب وتحويل العصا تعلق على غيض من ماصة لتجنب المشاكل عصا الانزلاق بسبب الاحتكاك الشديد بين العصا وختم.
    5. إيقاف التسجيل من الكاميرا مباشرة بعد تأثير لأنه فقط كمية محدودة من الصور يمكن انقاذه ويتم الكتابة هي الأولى عندما يتم تجاوز هذا الحد. قطع الفيلم حول لحظة من تأثير على الشاشة وحفظها على بطاقة الذاكرة.
    6. تكرار تجربة عشر مرات للحصول على نتائج ذات دلالة إحصائية. نتائج ذات دلالة إحصائية إذا كان بعد عشرة التكرار، لا يغير من قيمة متوسط ​​بعد الآن (وهذا قد تكون مختلفة عن غيرها من المواد اعتمادا على تجانس العينة أو غيرها من الأشكال الجسيمات).
  3. إجراء تقييم
    1. معايرة البرنامج مع المعرفةحجم ن لجسيم أو كائن آخر باستخدام إطار واحد للفيديو في الخطوة 1.2.4 للحصول على التحويل بين بكسل والمسافات. استخدام القطر الأفقي لأنها ليست واضحة نظرا لحركة الجسيم.
      1. حساب عدد وحدات البكسل من القطر الأفقي ومن ثم تقسيم مسافة معروفة من قبل عدد من بكسل للحصول على "مسافة لكل بكسل" عامل التحويل. ويظهر صورة لعملية المعايرة في الشكل (4).
    2. تعيين نقطة مرجعية للحركة على الجزء العلوي من المجال عشرة إطارات من قبل، وإطار واحد قبل تأثير لحساب سرعة تأثير الشكل 5 يعرض النقاط المرجعية اثنين من الحركة. مع عامل التحويل من الخطوة 1.3.1، استخدم عدد من بكسل بين النقطتين للحصول على المسافة المقطوعة. تقسيم المسافة التي مر الوقت (نتاج عدد من إطارات وخطوة الوقت) للحصول على سرعة التأثير.
    3. تعيين نقطة مرجعية للالحركة على الجزء العلوي من المجال إطار واحد بعد وعشرة إطارات بعد تأثير لحساب سرعة انتعاش. تحديد سرعة انتعاش بالقياس إلى الخطوة 1.3.2.
    4. حساب مجلس النواب كنسبة من سرعة الارتداد إلى سرعة التأثير.
    5. كرر الخطوات 1.3.1-1.3.4 لتقييم جميع مقاطع الفيديو لاختبار السقوط المسجلة.

2. التجارب مع مساحيق فاينر أو يساوي 400 ميكرون

  1. إعداد الإعداد التجريبية
    1. إزالة كم ورفع الغطاء العلوي للفراغ الغرفة. وضع اللوح الأساس يتكون من مادة جدار المطلوب في فراغ الغرفة. أدر الجزء السفلي من جانبي فراغ الغرفة الانزلاق في لوحة بعناية بواسطة اليدين.
    2. وضع كائن إشارة كافية مثل الجسيمات مع حجم المعروفة في وسط اللوح الأساس مع ملاقط. بعد ذلك ضبط ارتفاع الكاميرا مع ترايبود في مثل هذه الطريقة التي اللوح الأساس هو في أدنى ربعالمجال البصري والتركيز على وجوه المرجعية.
    3. تسجيل فيديو قصير من وجوه إشارة عندما يكذب على اللوح الأساس مع بالضبط نفس الإعدادات كما في التجارب التالية.
    4. إزالة الكائن المرجعية باستخدام الملقط.
  2. طريقة تجريبية
    1. ضبط ارتفاع للغرفة الجسيمات في مثل هذه الطريقة التي يتم الوصول إلى سرعة التأثير المطلوب من الجسيمات. استخدام النطاق على عصا تعلق على لوحة عقد كمؤشر للارتفاع. إغلاق غرفة الجسيمات مع غيض من ماصة عن طريق دفع إلى أسفل بحيث محيط ماصة تلامس حافة حفر حفرة للغرفة. فتح الأكمام ورفع الغطاء العلوي للفراغ الغرفة.
    2. وضع 50-100 المجالات في غرفة الجسيمات. لتوجيه المجالات في غرفة الجسيمات، إيداعها أولا على ورقة مطوية من الورق. استخدام ورقة مطوية كما أخدود انزلاق الجسيمات في الغرفة. ضع الغطاء العلوي على ركان الجزء السفلي من فراغ الغرفة (اسطوانة) وتوصيل الغطاء العلوي والجزء السفلي من فراغ الغرفة مع الأكمام.
    3. إخلاء الغرفة مع مضخة فراغ حتى يتم التوصل إلى مستوى 0.1 مللي بار (أو أي القيمة المطلوبة الأخرى). قياس الضغط مع قياس الفراغ. إغلاق صمام في جانب من فراغ الغرفة وإيقاف مضخة فراغ. ارتداء نظارات السلامة عند العمل في ظل ظروف الفراغ.
    4. بدء التسجيل للكاميرا عالية السرعة مع 10،000 في الثانية وحسم 528 س 396 بكسل وفتح ثقب في غرفة الجسيمات لتحرير الجسيمات. في وقت واحد سحب وتحويل العصا تعلق على غيض من ماصة لتجنب المشاكل عصا الانزلاق بسبب الاحتكاك الشديد بين العصا وختم. سحب ببطء شديد لمنع أن جميع الجسيمات انخفاض في نفس الوقت.
    5. إيقاف التسجيل من الكاميرا 5-6 ثانية بعد تأثير الجسيمات الأول لأنه فقط كمية محدودة من الصور يمكن انقاذه والتنوبيتم الكتابة تلك الحادي وعندما يتم تجاوز هذا الحد. قطع الفيلم على شاشة في مثل هذه الطريقة التي لا يقل عن 10 تأثيرات تركيزا واضحا من جزيئات مرئية وحفظها على بطاقة الذاكرة.
  3. إجراء تقييم
    1. معايرة البرنامج مع حجم معروف من وجوه إشارة من الفيديو الخطوة 2.1.3 للحصول على التحويل بين بكسل والمسافات. حساب عدد وحدات البكسل من حجم الكائن إشارة وثم تقسيم مسافة معروفة من قبل عدد من بكسل للحصول على "مسافة لكل بكسل" عامل التحويل.
    2. تعيين نقطة مرجعية للحركة على رأس أول المجال تركز بوضوح في الفيديو عشرة إطارات من قبل، وإطار واحد قبل تأثير لحساب سرعة التأثير. حساب سرعة تأثير بالقياس إلى الخطوة 1.3.2 جنبا إلى جنب مع عامل التحويل من الخطوة 2.3.1.
    3. تعيين نقطة مرجعية للحركة على رأس أول تركيزا واضحا المجال إطار واحد بعد وعشرة إطارات في الخلفإيه تأثير لحساب سرعة انتعاش. حساب سرعة انتعاش بالقياس إلى الخطوة 2.3.2.
    4. حساب مجلس النواب كنسبة من سرعة الارتداد إلى سرعة التأثير.
    5. كرر الخطوات من 2.3.2-2.3.3 لتقييم الآثار المترتبة على تسعة مجالات أخرى تركز بشكل واضح.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

للجسيمات تحليل الزجاج التي يبلغ قطرها 100 ميكرون إلى 4.0 ملم أسقطت من ارتفاع الأولي من 200 ملم على اللوح الأساس الصلب غير القابل للصدأ مع سمك 20 ملم.

ويبين الشكل 6 القيم المتوسطة فضلا عن القيم القصوى والدنيا لمجلس النواب اعتمادا على حجم الجسيمات عن الضغط الجوي والفراغ. تم العثور على القيمة المتوسطة لمجلس النواب أن ما يقرب من ه = 0.9 للجسيمات أكبر أو يساوي 700 ميكرون مستقلة عن الضغط الجوي.

للجسيمات التي يبلغ قطرها أقل من 400 ميكرون مجلس النواب ثابتا تقريبا بقيمة ه = 0.9 ظل ظروف الفراغ. تحت الضغط الجوي يقلل من مجلس النواب مع تناقص قطر الجسيمات. والسبب في ذلك قد يكون أن يتم ضغط الهواء أمام الجسيمات أثناء السقوط الحر ذوي الخوذات البيضاءالنتائج التراث الثقافي غير المادي في نوع من سادة أن damps الاصطدام، تمتص الطاقة الحركية، ونظرا لأنه يؤدي إلى مجلس النواب أقل. في كلتا الحالتين الانحرافات هي أعلى من الجسيمات الخشنة. تفسيرا لهذا قد يكون أن الجسيمات الدقيقة زيارتها فقط حجم بكسل قليلة في أشرطة الفيديو. لذلك الخطأ يرجع إلى اختيار بكسل في صورة واضحة ومكثفة.

وتعرض نتائج لسرعة تأثير اعتمادا على حجم الجسيمات عن الضغط الجوي والفراغ في الشكل (7). وبالنسبة للسرعة تأثير القيم المتوسطة، وترد على الحد الأقصى والحد الأدنى. يتم تقييم قيمة متوسط ​​سرعة التأثير مع ما يقرب ت ط = 2 مللي ثانية -1 للجسيمات أكبر من 700 ميكرون مستقلة عن الضغط الجوي. يبدو استثناء لقطر الجسيمات من 700 ميكرون حيث سرعة تأثير أقل بكثير في ظل ظروف الفراغ وحتى أكثر قليلا تحت الضغط الجوي. لقطر الجسيمات خفض وكان من المتوقع على تقليل سرعة تأثير تحت الضغط الجوي. وعلى النقيض من ذلك، ينبغي أن سرعة تأثير تبقى نفسها في ظل ظروف الفراغ. وجود نظرة فاحصة على طريقة التقييم أنه يمكن أن نرى أن للجسيمات يبلغ قطرها 700 ميكرون معايرة للتحويل بين بكسل ومسافات مختلفة إلى أن للجسيمات الخشنة. نسبة بكسل لكل ملليمتر هي أعلى بكثير مما يؤدي في السرعات المنخفضة. وهناك سبب لمعايرة خاطئة قد يكون أن الكاميرا ليست قادرة على التعرف على شكل جسيمات أدق بشكل صحيح. باستخدام نفس معايرة موحدة بالنسبة للخشونة الجسيمات على سرعات تأثير ما زالت تقريبا في نفس النطاق، ويمكن أن يتم القضاء على القيم المتطرفة.

للمساحيق التي يبلغ قطرها أقل شأنا من 400 ميكرون وانخفاض سرعة تأثيربشكل ملحوظ مع انخفاض قطر الجسيمات تحت الضغط الجوي. توازن قوة احتكاك الهواء وقوة الجاذبية، وأيضا سرعة الترسيب، وبلغ في وقت سابق للجسيمات الدقيقة. وعلى النقيض من ذلك، فإن سرعة تأثير في ظل ظروف الفراغ ثابتة تقريبا أيضا للمساحيق. هذا يثبت نظرية جسيم تسريع بلا حدود، عندما لا يكون هناك الهواء الذي يمكن أن يؤدي إلى قوة السحب وبسبب أن توازن القوى يتم التوصل أبدا. ويدل أيضا على ضرورة ظروف الفراغ، وبالتالي أيضا وضعت حديثا آلية إطلاق للوصول إلى سرعات عالية التأثير مع الجسيمات الدقيقة. في هذه التجارب مجرد انخفاض طفيف في سرعة التأثير التعرف يمكن تفسيرها من خلال حقيقة أنه ليس هناك سوى الفراغ من 0.1 مللي بار تم التوصل وهي ليست فراغ مثالي. الانحرافات أعلى من ذلك بكثير لجزيئات بقطر متوسط ​​0.113 مم تحدث عن التأثير الخطأ بسبب اختيار بكسل في BLالصورة urred أعلى للسرعات أقل.

الشكل 1
الشكل 1. عرض خارجي من فراغ الغرفة. هذا الرقم يدل على فراغ الغرفة من الجانب. يمكن للمرء أن يرى الجزء السفلي مع فتحات اثنين من لاتصال مع مضخة فراغ وقياس الفراغ. وعلاوة على ذلك، والغطاء العلوي مع أربعة فتحات مع حلقات ختم وقبعات المسمار مرئية. وختم ما بين الجزء السفلي والجزء العلوي. تمت إزالة كم في هذه الصورة. انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الرقم آلية 2. الإصدار مع غرفة الجسيمات وغيض من ماصة. يصف هذا الرقم د حديثاآلية إطلاق eveloped للتجارب فراغ. أولا، لوحة عقد غرفة اسطوانية مع وجود ثقب الحفر المخروطية يمكن أن ينظر إليه. وبالإضافة إلى ذلك، يتم تقديم العصي اثنين لتعديل ارتفاعها الأولي متغير والاتصال إلى طرف مخروطي الشكل من ماصة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل 3. الإفراج غير التناوب. ويبين هذا الرقم سلسلة من الصور من الجسيمات غير كروية من 50 (1) و 25 لقطة (2) قبل التأثير وكذلك في الأثر (3) وفي 25 (4) و 50 (5) إطارات بعد أثر. شكل مطابق للجسيمات يصل إلى تأثير يكشف عن الإفراج غير التناوب. الرجاء المبادرة القطريةCK هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (4)
الشكل 4. معايرة البرنامج. ويظهر هذا الرقم الجسيمات من شريط فيديو لتسجيل تجربة السقوط الحر. يمثل خطا أحمر حجم الجسيمات وتحتضن عدد من بكسل اللازمة لحساب معامل التحويل. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5
الرقم 5. نقطة مرجعية للحركة. ويمثل هذا الرقم الجسيمات في شريط فيديو سجلت تجربة السقوط الحر. توضح الصلبان الحمراء اثنين من النقاط المرجعية اثنين من الحركة في الجزء العلوي من المجال في إطار كل منها: وعلى العلويه الساعة العاشرة إطارات أمام تأثير وأقل واحد في إطار واحد قبل الأثر. يستخدم المسافة بين النقطتين لحساب سرعة تأثير الجسيمات. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (6)
الرقم 6. تأثير حجم الجسيمات والضغط الجوي على مجلس النواب. ويبين هذا الرقم القيم المتوسطة فضلا عن القيم القصوى والدنيا مع أشرطة الخطأ لمجلس النواب اعتمادا على حجم الجسيمات. وتمثل الماسات الزرقاء نتائج التجارب تحت الضغط الجوي في حين تشير الدوائر البرتقال نتائج التجارب في ظل ظروف الفراغ. أسقطت جزيئات الزجاج على اللوح الأساس الفولاذ المقاوم للصدأ من ارتفاع الأولي من 200 ملم. تمثل كل نقطة بيانات القيمة الوسطية لعشرة repetitiالإضافات من التجربة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 7
الرقم 7. تأثير حجم الجسيمات وضغط الهواء على سرعة التأثير. هذا الرقم يدل على القيم المتوسطة لسرعة تأثير اعتمادا على حجم الجسيمات. وعلاوة على ذلك يتم عرض القيم القصوى والدنيا يصور أشرطة الخطأ. الماس الأزرق شغل تظهر نتائج التجارب تحت الضغط الجوي في حين أن الدوائر البرتقال تملأ عرض نتائج التجارب في ظل ظروف الفراغ. الماس فارغة ودائرة فارغة توضيح القيم المتطرفة بسبب قضايا المعايرة. في التجارب أسقطت جزيئات الزجاج على اللوح الأساس الفولاذ المقاوم للصدأ من ارتفاع الأولي من 200 ملم. تمثل كل نقطة بيانات القيمة المتوسطةعشرة تكرار التجربة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 8
الرقم 8. الإعداد التجريبية في المستقبل. ويصور هذا الرقم الإعداد التجريبية في المستقبل للحد من عدم الاستقرار في غرفة الجسيمات أثناء الإطلاق. يظهر الإعداد الآلي مع العصا تسترشد البطانات، فضلا عن الأسلاك للاتصال من العصا إلى المحرك عن طريق اثنين من البكرات. كما يتم عرض الإطار. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
High-speed camera Olympus i-SPEED 3 Olympus High-speed camera to capture the particle impact
Screen Olympus i-SPEED CDU Olympus Screen to work with the high-speed camera
Light source Olympus ILP-2 Olympus Light source necessary for taking videos at high frame rates
Vacuum pump Alcatel Pascale 2005 D Alcatel Vacuum pump to generate the vacuum during the experiments
Vacuum gauge Alcatel CFA 212 Alcatel Vacuum gauge to measure the vacuum level
i-SPEED Software Suite (Control version) Olympus Software to evaluate the videos
Glass beads Sigmund Lindner GmbH SiLibeads Type P (0.700, 1.588, 2.381, 2.780, 3.680, 4.000 mm)
SiLibeads Type S (0.1-0.2, 0.2-0.3, 0.3-0.4 mm)
http://www.sigmund-lindner.com (see supplier's website for more information about the glass properties)
Safety goggles

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ennis, B. J., Green, J., Davies, R. The legacy of neglect. U.S. Chem. Eng. Prog. 90, (4), 32-43 (1994).
  2. Nedderman, R. M. Statics and Kinematics of Granular Materials. Cambridge University Press. Cambridge. (1992).
  3. Seifried, R., Schiehlen, W., Eberhard, P. Numerical and experimental evaluation of the coefficient of restitution for repeated impacts. Int. J. Impact Eng. 32, 508-524 (2005).
  4. Thornton, C., Ning, Z. A theoretical model for the stick/bounce behaviour of adhesive, elastic-plastic spheres. Powder Technol. 99, 154-162 (1998).
  5. Antonyuk, S., et al. Energy absorption during compression and impact of dry elastic-plastic spherical granules. Granul. Matter. 12, 15-47 (2010).
  6. Güttler, C., Heißelmann, D., Blum, J., Krijt, S. Normal Collisions of Spheres: A Literature Survey on Available Experiments. arXIV. (2012).
  7. Bharadwaj, R., Smith, C., Hancock, B. C. The coefficient of restitution of some pharmaceutical tablets/compacts. Int. J. Pharm. 402, 50-56 (2010).
  8. Fu, J., Adams, M. J., Reynolds, G. K., Salman, A. D., Hounslowa, M. J. Impact deformation and rebound of wet granules. Powder Technol. 140, 248-257 (2004).
  9. Sommerfeld, M., Huber, N. Experimental analysis and modelling of particle-wall collisions. Int. J. Multiphas. Flow. 25, 1457-1489 (1999).
  10. Foerster, S. F., Louge, M. Y., Chang, H., Allia, K. Measurements of the collision properties of small spheres. Phys. Fluids. 6, (3), 1108-1115 (1994).
  11. Lorenz, A., Tuozzolo, C., Louge, M. Y. Measurements of Impact Properties of Small, Nearly Spherical Particles. Exp. Mech. 37, (3), 292-298 (1997).
  12. Fu, J., Adams, M. J., Reynolds, G. K., Salman, A. D., Hounslowa, M. J. Impact deformation and rebound of wet granules. Powder Technol. 140, 248-257 (2004).
  13. Wong, C. X., Daniel, M. C., Rongong, J. A. Energy dissipation prediction of particle dampers. J. Sound Vib. 319, 91-118 (2009).
  14. Louge, M. Y., Tuozzolo, C., Lorenz, A. On binary impacts of small liquid-filled shells. Phys. Fluids. 9, 3670-3677 (1997).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Video Stats