वैक्यूम शर्तों के तहत क्षतिपूर्ति के गुणांक के मापन के लिए एक प्रयोगात्मक सेटअप का विकास

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

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Summary

बहाली के गुणांक एक पैरामीटर है कि टक्कर के दौरान गतिज ऊर्जा की कमी का वर्णन है। इधर, निर्वात परिस्थितियों में एक मुक्त गिरावट सेटअप उच्च प्रभाव वेग के साथ माइक्रोमीटर रेंज में कणों के लिए क्षतिपूर्ति पैरामीटर के गुणांक निर्धारित करने में सक्षम होना करने के लिए विकसित की है।

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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).

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Abstract

असतत तत्व विधि का वर्णन करने के लिए और विश्लेषण उन्हें भविष्यवाणी करने के लिए और बाद में एक प्रक्रिया के एकल चरणों या यहां तक ​​कि एक पूरी प्रक्रिया के लिए उनके व्यवहार का अनुकूलन कण प्रणालियों के अनुकरण के लिए प्रयोग किया जाता है। कण-कण और कण-दीवार संपर्कों होने वाली के साथ अनुकरण के लिए, क्षतिपूर्ति के गुणांक का मान आवश्यक है। यह प्रयोगात्मक निर्धारित किया जा सकता है। बहाली के गुणांक प्रभाव वेग की तरह कई मापदंडों पर निर्भर करता है। विशेष तौर पर बढ़िया कणों के लिए प्रभाव वेग में हवा के दबाव पर निर्भर करता है और वायुमंडलीय दबाव में उच्च प्रभाव वेग नहीं पहुँचा जा सकता। इस के लिए, निर्वात की स्थिति के तहत मुक्त गिरावट परीक्षण के लिए एक नया प्रयोगात्मक स्थापना विकसित की है। बहाली के गुणांक प्रभाव और पलटाव वेग जो एक उच्च गति कैमरे से पता चला रहे हैं के साथ चुना गया है। देखें बाधा नहीं करने के लिए, निर्वात चैम्बर कांच से बना है। इसके अलावा एक नई रिलीज तंत्र वैक्यूम के अंतर्गत एक ही कण ड्रॉप करने के लिएस्थितियों का निर्माण किया है। कि के कारण, कण के सभी गुण पहले से विशेषता जा सकता है।

Introduction

पाउडर और granules हमारे आसपास हर जगह हैं। उनके बिना एक जीवन आधुनिक समाज में असंभव है। वे भोजन और अनाज या यहां तक ​​कि आटा, चीनी, कॉफी और कोको के रूप में पेय में दिखाई देते हैं। वे लेजर प्रिंटर के लिए टोनर की तरह दैनिक उपयोग की वस्तुओं के लिए आवश्यक हैं। इसके अलावा प्लास्टिक उद्योग क्योंकि प्लास्टिक दानेदार रूप में ले जाया जाता है पहले यह पिघल गए और एक नया आकार दिया जाता है, उनके बिना कल्पना नहीं है। बाद मूल्य की एनिस एट अल। 1 कम से कम 40% रासायनिक उद्योग (कृषि, खाद्य, फार्मास्यूटिकल्स, खनिज, हथियारों) द्वारा संयुक्त राज्य अमेरिका के उपभोक्ता मूल्य सूचकांक में जोड़ा कण प्रौद्योगिकी से जुड़ा है। Nedderman 2 भी कहा गया है कि लगभग 50% (वजन) उत्पादों और कच्चे माल के 75% की एक न्यूनतम के रसायन उद्योग में दानेदार ठोस हैं। उन्होंने यह भी दानेदार सामग्री के भंडारण और परिवहन के विषय में कई समस्याएं उत्पन्न होती है कि घोषित कर दिया। इनमें से एक यह है कि परिवहन और handli दौरानएनजी कई टक्करों जगह ले लो। , विश्लेषण का वर्णन है और एक कण प्रणाली के व्यवहार की भविष्यवाणी करने के लिए, असतत तत्व विधि (डीईएम) सिमुलेशन प्रदर्शन किया जा सकता है। कण प्रणाली की टक्कर व्यवहार के इन सिमुलेशन ज्ञान के लिए आवश्यक है। पैरामीटर है कि डीईएम सिमुलेशन में इस व्यवहार का वर्णन बहाली (कोर) के गुणांक है कि प्रयोगों में निर्धारित किया जा रहा है।

भ्रष्टाचार एक संख्या के रूप में SEIFRIED एट अल द्वारा वर्णित है कि प्रभाव के दौरान गतिज ऊर्जा की कमी की विशेषता है। 3। उन्होंने बताया कि इस प्लास्टिक विकृतियों, लहर प्रसार और viscoelastic घटना के कारण होता है। थार्नटन और निंग 4 यह भी कहा कि कुछ ऊर्जा आसंजन इंटरफ़ेस की वजह से काम से व्यस्त हो सकता है। भ्रष्टाचार के रूप में Antonyuk एट अल में कहा गया है प्रभाव वेग, सामग्री व्यवहार, कण आकार, आकृति, खुरदरापन, नमी सामग्री, आसंजन गुण और तापमान पर निर्भर करता है। 5। एक completel के लिएY लोचदार प्रभाव सभी अवशोषित ऊर्जा टक्कर के बाद लौटे तो यह है कि संपर्क भागीदारों के बीच सापेक्ष वेग से पहले और प्रभाव के बाद बराबर है। यह एक पूरी तरह से प्लास्टिक प्रभाव सभी प्रारंभिक गतिज ऊर्जा अवशोषित कर लेता है के दौरान = 1 के एक भ्रष्टाचार की ओर जाता है और संपर्क में भागीदारों के साथ मिलकर जो के एक भ्रष्टाचार की ओर जाता है छड़ी = 0. इसके अलावा, मरभुख एट अल। 6 समझाया देखते हैं कि दो टक्करों के प्रकार। एक तरफ, वहाँ दो क्षेत्रों में जो भी कण-कण संपर्क के रूप में जाना जाता है के बीच टक्कर है। दूसरी ओर, वहाँ एक क्षेत्र है और एक थाली भी है कि कण-दीवार संपर्क कहा जाता है के बीच टक्कर है। भ्रष्टाचार के लिए डेटा और के गुणांक जैसे अन्य सामग्री के गुणों के साथ घर्षण, घनत्व, पॉसों के अनुपात और कतरनी मापांक डीईएम सिमुलेशन के बाद collisional वेग और कणों के रूप में भारद्वाज एट अल। 7 से समझाया का झुकाव को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। थानेदार के रूप मेंWN में Antonyuk एट अल। 5, भ्रष्टाचार वेग को प्रभावित करने की पलटाव वेग के अनुपात के साथ गणना की जा सकती है।

इसलिए मुक्त गिरावट परीक्षण 4 मिमी 0.1 मिमी से एक व्यास के साथ कणों के कण-दीवार संपर्क की जांच करने के लिए एक प्रयोगात्मक सेटअप निर्माण किया गया था। फू एट अल। 8 और Sommerfeld और ह्यूबर 9 में के रूप में त्वरित प्रयोगों की तुलना में मुक्त गिरावट प्रयोगों का लाभ यह है कि रोटेशन से समाप्त किया जा सकता है। इसलिए, भ्रष्टाचार को प्रभावित करती है, जो बारी-बारी से और translational गतिज ऊर्जा के बीच स्थानांतरण बचा जा सकता है। एस्फेरिक कणों खाते में लेने के लिए रोटेशन Foerster एट अल। 10 या लोरेन्ज एट अल में के रूप में चिह्नित किए जाने की जरूरत है। 11। जैसा कि भ्रष्टाचार प्रभाव वेग पर निर्भर करता है, प्रयोगों में प्रभाव वेग वास्तविक परिवहन और हैंडलिंग की प्रक्रिया में लोगों को मैच है। वायुमंडलीय दबाव मुक्त गिरावट प्रयोगों में, प्रभाव वेग सीमित हैखींचें बल से, एक कम कण आकार के लिए एक बढ़ती प्रभाव रहा। इस खामी को दूर करने के लिए, प्रयोगात्मक स्थापना वैक्यूम शर्तों के तहत काम करता है। एक दूसरी चुनौती के बाद से तो यह संभव है सभी गुण है कि भ्रष्टाचार पहले से प्रभावित करते हैं, उदाहरण के सतह खुरदरापन और आसंजन के लिए चिह्नित करने के लिए सिर्फ एक ही कण ड्रॉप करने के लिए है। इस ज्ञान के साथ, भ्रष्टाचार कण के गुणों के अनुसार चुना जा सकता है। इस के लिए, एक नया रिलीज तंत्र विकसित किया गया था। एक और मुद्दा 400 माइक्रोन से हीन एक व्यास के साथ पाउडर के चिपकने वाला बलों है। इसलिए, एक सूखी और परिवेश के तापमान वातावरण आसंजन पर काबू पाने के लिए आवश्यक है।

प्रयोगात्मक सेटअप कई हिस्से होते हैं। मौजूदा प्रयोगात्मक स्थापना के एक बाहरी दृश्य चित्र 1 में दिखाया गया है। सबसे पहले, वहाँ निर्वात चैम्बर कि गिलास से बाहर कर दिया जाता है। यह एक निचले हिस्से (सिलेंडर) से बना है, एक शीर्ष कवर, एक सील की अंगूठी और एक आस्तीन कनेक्ट करने के लिएभागों। निचले हिस्से वैक्यूम पंप और वैक्यूम गेज के साथ एक कनेक्शन के लिए दो छिद्र होते हैं। शीर्ष कवर चार उद्घाटन के लिए है। उनमें से दो नीचे वर्णित जारी तंत्र की लाठी और भी दो कि प्रयोग के आगे सुधार के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है के लिए आवश्यक हैं। इन सभी के उद्घाटन मुहर के छल्ले और पेंच टोपी जब वैक्यूम शर्तों के तहत काम करने के साथ बंद किया जा सकता है।

इसके अलावा, एक नया रिलीज तंत्र साहित्य में प्रलेखित कई अन्य प्रयोगों में के रूप में एक निर्वात नोक के उपयोग के बाद से विकसित किया गया था (उदाहरण के लिए एट अल। Foerster 10, लोरेन्ज एट अल। 11, फू एट अल। 12 या वोंग एट अल। 13) एक निर्वात वातावरण में संभव नहीं है। व्यवस्था है कि एक थाली द्वारा आयोजित किया जाता है एक शंक्वाकार ड्रिल छेद के साथ एक बेलनाकार कक्ष से पता चला है। यह एक छड़ी है कि वैक्यूम चैंबर के शीर्ष कवर की मुहर के छल्ले में से एक में फिट बैठता है और एक variab के समायोजन की गारंटी से जुड़ा हैमुक्त गिरावट प्रयोगों के लिए ले प्रारंभिक ऊंचाई। एक पैमाने ऊंचाई मापने के लिए छड़ी पर तैयार की है। कण चैम्बर के समापन के एक पिपेट कि फिर से एक छड़ी से जुड़ा है की एक शंक्वाकार टिप द्वारा कार्यान्वित किया जाता है। नई रिलीज तंत्र चित्रा 2 में देखा जा सकता है और काम करता है के रूप में यहाँ वर्णित है: प्रारंभिक अवस्था में पिपेट टिप नीचे धक्का दे दिया जाता है, ताकि टिप की परिधि चैंबर की ड्रिल छेद के किनारे को छूता है। चैम्बर विंदुक टिप एक कण छेद के माध्यम से चैम्बर छोड़ने के लिए कोई जगह नहीं है कि इस तरह से बंद कर दिया है। कण को ​​रिहा करने के लिए, छड़ी इससे जुड़े टिप के साथ बहुत धीरे धीरे एक साथ ऊपर की ओर खींच लिया है। के रूप में टिप के व्यास छोटी हो रही है इसकी परिधि और ड्रिल छेद के किनारे के बीच एक खाई पैदा होती है जिसके माध्यम से कण चैम्बर छोड़ सकते हैं। एक कण सकता है 'रोल' चाम से बाहर के रूप में नव विकसित रिलीज तंत्र के साथ कण के एक रोटेशन उम्मीद कर सकते हैं यद्यपिदिसंबर, एक अलग व्यवहार प्रयोगों में प्रकट होता है। चित्रा 3 एक aspherical कण के 25 तख्ते के चरणों में प्रभाव के बाद 50 फ्रेम करने के लिए पहले 50 तख्ते से प्रभाव को दर्शाता है। कण के आकार से कोई रोटेशन प्रभाव (1-3), जबकि बाद में यह स्पष्ट रूप से spins (4-5) से पहले दिख रहा है। इसलिए दावा किया गैर-बारी-बारी से रिलीज इस रिलीज तंत्र के साथ हो रही है।

प्रयोगात्मक स्थापना का एक अन्य घटक baseplate है। वास्तव में विभिन्न सामग्रियों से मिलकर baseplates के तीन अलग अलग प्रकार के होते हैं। एक स्टेनलेस स्टील, एल्यूमीनियम का एक दूसरा और (पीवीसी) क्लोराइड की एक तिहाई से बना है। ये baseplates रिएक्टरों और ट्यूबों में उदाहरण के लिए प्रक्रिया इंजीनियरिंग में अक्सर इस्तेमाल सामग्री का प्रतिनिधित्व करते हैं।

प्रभाव और पलटाव वेग का निर्धारण करने के लिए, और साथ 10,000 एफपीएस एक उच्च गति कैमरा 528 x 396 पिक्सल के एक संकल्प किया जाता है। के रूप में वहाँ हमेशा इस विन्यास चुना जाता हैप्रभाव के पास एक तस्वीर है और यह भी संकल्प अभी भी संतोषजनक है। कैमरा एक स्क्रीन है कि जब वे दर्ज कर रहे हैं पल में वीडियो से पता चलता से जुड़ा है। यह आवश्यक है, क्योंकि उच्च गति कैमरा केवल चित्रों की एक सीमित मात्रा में बचा है और वीडियो की शुरुआत लिख देगा जब इस राशि को पार कर सकता है। इसके अलावा, उच्च गति कैमरा के दृश्य क्षेत्र की रोशनी के लिए एक मजबूत प्रकाश स्रोत की आवश्यकता है। रोशनी एकरूपता के लिए तकनीकी ड्राइंग कागज के एक पत्रक निर्वात चैम्बर कि प्रकाश फैलता की पीठ पर चिपके है।

अंत में, एक दो चरण रोटरी फलक पंप 0.1 मिलीबार के एक निर्वात और एक वैक्यूम गेज उपायों वैक्यूम लगातार पर्यावरण की स्थिति की गारंटी के लिए स्थापित करने के लिए प्रयोग किया जाता है।

यहाँ प्रस्तुत अलग कण व्यास (0.1-0.2, 0.2-0.3, 0.3-0.4, 0.700, 1.588, 2.381, 2.780, 3.680 और 4.000 मिमी) के साथ काम कांच के मोती के लिए उपयोग किया जाता है। मोती सोडा चूने के बने होते हैंकांच और नहीं बल्कि एक चिकनी सतह के साथ गोलाकार होते हैं।

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Protocol

1. कण मोटे प्रयोगों के साथ या 700 माइक्रोन के बराबर

  1. प्रयोगात्मक सेटअप की तैयारी
    1. आस्तीन निकालें और निर्वात चैम्बर के ऊपर कवर उठा। निर्वात चैम्बर में वांछित दीवार सामग्री से मिलकर baseplate रखें। हाथों से ध्यान से थाली में स्लाइड करने के लिए निर्वात चैम्बर बग़ल के निचले हिस्से मुड़ें।
    2. जगह बिल्कुल कणों में से एक baseplate के केंद्र में चिमटी के साथ जांच की जानी है। बाद में इस तरह से एक तिपाई के साथ कैमरे की ऊँचाई को समायोजित कि baseplate दृश्य क्षेत्र के सबसे कम तिमाही में है और कण पर ध्यान केंद्रित।
    3. चिमटी का उपयोग कण निकालें।
  2. प्रायोगिग विधि
    1. इस तरह है कि कण के वांछित प्रभाव वेग तक पहुँच जाता है में कण कक्ष की ऊंचाई को समायोजित करें। छड़ी ऊंचाई का एक संकेतक के रूप में होल्डिंग प्लेट से जुड़ी पर पैमाने का प्रयोग करें। साथ कण चैम्बर बंदयह नीचे धक्का इतना है कि पिपेट की परिधि चैंबर की ड्रिल छेद के किनारे से छू द्वारा पिपेट की नोक। आस्तीन खोलें और निर्वात चैम्बर के ऊपर कवर उठा।
    2. चिमटी के साथ कण कक्ष में एक ही क्षेत्र रखो। क्षेत्र के कणों की किस तरह से विश्लेषण किया जाएगा पर निर्भर करता है ठोस या तरल भरा (Louge एट अल। 14) के रूप में हो सकता है। हालांकि, इस काम में केवल ठोस कणों जांच कर रहे हैं। निर्वात चैम्बर (सिलेंडर) के निचले हिस्से पर शीर्ष कवर रखें और शीर्ष कवर और आस्तीन के साथ निर्वात चैम्बर के निचले हिस्से को जोड़ने।
    3. वैक्यूम पंप के साथ कक्ष खाली जब तक 0.1 मिलीबार (या किसी भी अन्य वांछित मूल्य) के स्तर पर पहुंच गया है। एक वैक्यूम गेज के साथ दबाव को मापने। निर्वात चैम्बर के पक्ष में वाल्व बंद और वैक्यूम पंप बंद कर देते हैं। सुरक्षा चश्मे पहन जब वैक्यूम शर्तों के तहत काम कर रहे हैं।
    4. 10,000 एफपीएस एक फ्रेम दर लागू करते हैं और कैमरा सेटिंग्स समायोजित (मंज़ूरआयन / ज़ूम) 528 x 396 पिक्सल के एक संकल्प प्राप्त करने के लिए। उच्च गति कैमरे की रिकॉर्डिंग शुरू करें और कण कण आजाद कराने के लिए चैम्बर के छेद खुला। इसके साथ ही खींचने के लिए और छड़ी और सील की अंगूठी के बीच उच्च घर्षण के कारण छड़ी पिपेट छड़ी पर्ची समस्याओं से बचने के लिए की नोक से जुड़ी बारी है।
    5. सीधे प्रभाव के बाद कैमरे की रिकॉर्डिंग बंद करो, क्योंकि केवल चित्रों की एक सीमित मात्रा में बचाया जा सकता है और पहले वाले जब इस सीमा को पार कर जाता ओवरराइट कर रहे हैं। स्क्रीन पर प्रभाव के तत्काल आसपास फिल्म कट और मेमोरी कार्ड पर इसे बचाने के लिए।
    6. सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण परिणाम प्राप्त करने के लिए प्रयोग को दोहराने में दस गुना। परिणाम सांख्यिकीय महत्वपूर्ण हैं, तो दस repetitions के बाद, मतलब मूल्य अब बदल नहीं है (इस नमूने या अन्य कण आकार की एकरूपता के आधार पर अन्य सामग्री के लिए अलग-अलग हो सकता है)।
  3. मूल्यांकन प्रक्रिया
    1. पता है के साथ सॉफ्टवेयर जांचनाएक कण या किसी अन्य वस्तु कदम 1.2.4 में किए गए वीडियो में से एक फ्रेम का उपयोग पिक्सल और दूरियों के बीच एक रूपांतरण प्राप्त करने के लिए के एन आकार। कण की गति की वजह से क्षैतिज व्यास का प्रयोग के रूप में यह धुंधला नहीं है।
      1. क्षैतिज व्यास के पिक्सल की संख्या की गणना और फिर रूपांतरण कारक 'पिक्सेल प्रति दूरी' पाने के लिए पिक्सल की संख्या से ज्ञात दूरी विभाजित। अंशांकन प्रक्रिया की एक तस्वीर 4 चित्र में दिखाया गया है।
    2. क्षेत्र के दस फ्रेम से पहले और प्रभाव प्रभाव वेग की गणना करने से पहले एक फ्रेम के शीर्ष पर गति के लिए एक संदर्भ बिंदु निर्धारित। चित्रा 5 गति के दो संदर्भ अंक प्रस्तुत करता है। कदम 1.3.1 से रूपांतरण कारक के साथ, कूच दूरी प्राप्त करने के लिए दो अंक के बीच पिक्सेल की संख्या का उपयोग करें। प्रभाव वेग प्राप्त करने के लिए समय बीत (फ्रेम और समय कदम की संख्या का उत्पाद) से दूरी फूट डालो।
    3. के लिए एक संदर्भ बिंदु सेटप्रभाव के बाद दस फ्रेम के बाद क्षेत्र के एक फ्रेम के ऊपर और पर गति पलटाव वेग की गणना करने के लिए। पलटाव वेग तुलनात्मक रूप से निर्धारित बनाने के लिए कदम करने के लिए 1.3.2।
    4. भ्रष्टाचार प्रभाव वेग को पलटाव वेग के अनुपात के रूप में गणना।
    5. सभी रिकॉर्ड बूंद परीक्षा वीडियो के मूल्यांकन के लिए कदम 1.3.1-1.3.4 दोहराएँ।

2. पाउडर बेहतर प्रयोगों के साथ या 400 माइक्रोन के बराबर

  1. प्रयोगात्मक सेटअप की तैयारी
    1. आस्तीन निकालें और निर्वात चैम्बर के ऊपर कवर उठा। निर्वात चैम्बर में वांछित दीवार सामग्री से मिलकर baseplate रखें। हाथों से ध्यान से थाली में स्लाइड करने के लिए निर्वात चैम्बर बग़ल के निचले हिस्से मुड़ें।
    2. एक पर्याप्त संदर्भ वस्तु ऐसी चिमटी के साथ baseplate के केंद्र में एक ज्ञात आकार के साथ एक कण के रूप में रखें। बाद में इस तरह से एक तिपाई के साथ कैमरे की ऊँचाई को समायोजित कि baseplate के सबसे कम तिमाही में हैदृश्य क्षेत्र और संदर्भ वस्तु ध्यान केंद्रित।
    3. संदर्भ वस्तु जब यह बिल्कुल निम्न प्रयोगों के रूप में ही सेटिंग्स के साथ baseplate पर झूठ बोल रही है की एक छोटी वीडियो रिकॉर्ड।
    4. चिमटी का उपयोग संदर्भ वस्तु निकालें।
  2. प्रायोगिग विधि
    1. इस तरह है कि कण के वांछित प्रभाव वेग तक पहुँच जाता है में कण कक्ष की ऊंचाई को समायोजित करें। छड़ी ऊंचाई का एक संकेतक के रूप में होल्डिंग प्लेट से जुड़ी पर पैमाने का प्रयोग करें। यह नीचे धक्का इतना है कि पिपेट की परिधि चैंबर की ड्रिल छेद के किनारे से छू द्वारा पिपेट की नोक के साथ कण चैम्बर बंद। आस्तीन खोलें और निर्वात चैम्बर के ऊपर कवर उठा।
    2. कण कक्ष में 50 से 100 क्षेत्रों में डाल दिया। कण कक्ष में क्षेत्रों मार्गदर्शन करने के लिए, उन्हें एक कागज का एक जोड़ शीट पर पहले जमा। कक्ष में कणों स्लाइड करने के लिए एक नाली के रूप में मुड़ा हुआ कागज का प्रयोग करें। टी पर शीर्ष कवर रखेंवह निर्वात चैम्बर (सिलेंडर) के निचले हिस्से और शीर्ष कवर और आस्तीन के साथ निर्वात चैम्बर के निचले हिस्से को जोड़ने।
    3. वैक्यूम पंप के साथ कक्ष खाली जब तक 0.1 मिलीबार (या किसी भी अन्य वांछित मूल्य) के स्तर पर पहुंच गया है। एक वैक्यूम गेज के साथ दबाव को मापने। निर्वात चैम्बर के पक्ष में वाल्व बंद और वैक्यूम पंप बंद कर देते हैं। सुरक्षा चश्मे पहन जब वैक्यूम शर्तों के तहत काम कर रहे हैं।
    4. साथ 10,000 एफपीएस उच्च गति कैमरा और 528 x 396 पिक्सल के एक संकल्प की रिकॉर्डिंग शुरू करें और कणों को आजाद कराने के कण चैम्बर के छेद खुला। इसके साथ ही खींचने के लिए और छड़ी और सील की अंगूठी के बीच उच्च घर्षण के कारण छड़ी पिपेट छड़ी पर्ची समस्याओं से बचने के लिए की नोक से जुड़ी बारी है। बहुत धीरे से खींचो कि सभी कणों एक ही समय में ड्रॉप रोकने के लिए।
    5. पहले कण के प्रभाव के बाद 6 सेकंड के लिए कैमरा 5 की रिकॉर्डिंग बंद करो, क्योंकि केवल चित्रों की एक सीमित मात्रा में बचाया जा सकता है और प्राथमिकीसेंट लोगों को ओवरराइट कर रहे हैं जब इस सीमा को पार कर गया है। इस तरह से स्क्रीन पर फिल्म कट जाता है कि कम से कम 10 कणों की स्पष्ट रूप से ध्यान केंद्रित प्रभावों दिखाई दे रहे हैं और मेमोरी कार्ड पर इसे बचाने के लिए।
  3. मूल्यांकन प्रक्रिया
    1. पिक्सल और दूरियों के बीच एक रूपांतरण प्राप्त करने के लिए कदम 2.1.3 के वीडियो से संदर्भ वस्तु के ज्ञात आकार के साथ सॉफ्टवेयर जांचना। संदर्भ वस्तु के आकार के पिक्सल की संख्या की गणना और फिर रूपांतरण कारक 'पिक्सेल प्रति दूरी' पाने के लिए पिक्सल की संख्या से ज्ञात दूरी विभाजित।
    2. प्रभाव वेग की गणना करने के प्रभाव से पहले वीडियो दस फ्रेम से पहले में पहले स्पष्ट रूप से ध्यान केंद्रित क्षेत्र के ऊपर और एक फ्रेम पर गति के लिए एक संदर्भ बिंदु निर्धारित। कदम 2.3.1 से एक साथ 1.3.2 कदम करने के लिए रूपांतरण कारक के साथ तुलनात्मक रूप से प्रभाव वेग की गणना।
    3. के बाद पहली बार स्पष्ट रूप से ध्यान केंद्रित क्षेत्र के एक फ्रेम के शीर्ष पर गति के लिए एक संदर्भ बिंदु सेट और दस फ्रेम पीछेएर प्रभाव पलटाव वेग की गणना करने के लिए। करने के लिए कदम 2.3.2 तुलनात्मक रूप से पलटाव वेग की गणना।
    4. भ्रष्टाचार प्रभाव वेग को पलटाव वेग के अनुपात के रूप में गणना।
    5. दोहराएँ एक और नौ स्पष्ट रूप से ध्यान केंद्रित क्षेत्रों के प्रभावों के मूल्यांकन के लिए 2.3.2-2.3.3 कदम।

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Representative Results

100 माइक्रोन 4.0 मिमी की एक व्यास के साथ विश्लेषण कांच के कणों के लिए 20 मिमी की मोटाई के साथ एक स्टेनलेस स्टील baseplate पर 200 मिमी की एक प्रारंभिक ऊंचाई से गिरा दिया गया था।

चित्रा 6 वायुमंडलीय दबाव और वैक्यूम के लिए कण आकार के आधार पर भ्रष्टाचार के लिए मतलब मूल्यों के साथ ही अधिकतम और न्यूनतम मान दिखाता है। भ्रष्टाचार का मतलब मूल्य लगभग = होना करने के लिए अधिक से अधिक या हवा के दबाव के 700 माइक्रोन स्वतंत्र के बराबर कणों के लिए 0.9 पाया जाता है।

एक व्यास के साथ कणों के लिए कम से कम 400 माइक्रोन भ्रष्टाचार 0.9 निर्वात की स्थिति के तहत के एक मूल्य के साथ = स्थिर रहती है। वायुमंडलीय दबाव में भ्रष्टाचार कण व्यास में कमी के साथ कम हो जाती है। इस के लिए एक कारण हो सकता है कि कण के सामने हवा क मुक्त गिरावट के दौरान संकुचित हैएक तकिया है कि टक्कर damps, गतिज ऊर्जा को अवशोषित की वस्तु के रूप में और कारण है कि एक कम भ्रष्टाचार की ओर जाता है आईसीएच का परिणाम है। दोनों ही मामलों में विचलन मोटे कणों के लिए की तुलना में अधिक है। इस के लिए एक स्पष्टीकरण हो सकता है कि ठीक कणों केवल वीडियो में कुछ पिक्सल के आकार की थी। इसलिए एक धुंधली तस्वीर में पिक्सल के चुनाव के कारण त्रुटि को तीव्र है।

वायुमंडलीय दबाव और वैक्यूम के लिए कण आकार के आधार पर प्रभाव वेग के लिए परिणाम चित्रा 7 में प्रस्तुत कर रहे हैं। प्रभाव वेग मतलब मूल्यों के लिए, अधिकतम और न्यूनतम दिखाए जाते हैं। प्रभाव वेग का मतलब मूल्य कणों में हवा के दबाव के एक से अधिक 700 माइक्रोन स्वतंत्र के लिए मैं वी लगभग = 2 मिसे -1 के साथ मूल्यांकन किया है। 700 माइक्रोन का एक कण व्यास जहां प्रभाव वेग निर्वात की स्थिति और तहत काफी कम है के लिए एक अपवाद प्रतीत होता हैवायुमंडलीय दबाव में भी थोड़ा अधिक है। एक कम कण व्यास के लिए वायुमंडलीय दबाव में एक कम प्रभाव वेग उम्मीद थी। कि इसके विपरीत, प्रभाव वेग निर्वात की स्थिति के तहत एक ही रहना चाहिए। मूल्यांकन पद्धति यह देखा जा सकता पिक्सल और दूरियों के बीच रूपांतरण के लिए 700 माइक्रोन अंशांकन की एक व्यास के साथ कणों के लिए उस पर एक करीब नज़र रखने कि मोटे कणों के लिए के लिए अलग है। मिलीमीटर प्रति पिक्सल का अनुपात काफी अधिक है जो कम वेग में यह परिणाम है। झूठी जांच के लिए एक कारण हो सकता है कि कैमरा सही ढंग से महीन कणों के आकार को पहचानने में सक्षम नहीं है। मोटे लिए के रूप में एक ही मानकीकृत अंशांकन का उपयोग कर कणों प्रभाव वेग एक ही श्रेणी में लगभग अभी भी कर रहे हैं और outliers समाप्त किया जा सकता है।

400 माइक्रोन प्रभाव वेग कम हो जाती है के लिए अवर एक व्यास के साथ पाउडर के लिएकाफी वायुमंडलीय दबाव में एक कम कण व्यास के साथ। वायु घर्षण बल और गुरुत्वाकर्षण बल, और भी बसने वेग का संतुलन, महीन कणों के लिए पहले तक पहुँच जाता है। कि इसके विपरीत, निर्वात की स्थिति के तहत प्रभाव वेग पाउडर के लिए भी लगभग स्थिर है। यह एक असीम को तेज कण के सिद्धांत साबित होता है, जब कोई हवा है कि एक खींचें बल में और कारण है कि सुरक्षा बलों की एक संतुलन कभी नहीं पहुँच जाता है परिणाम कर सकते है। यह भी वैक्यूम की स्थिति की आवश्यकता है और इसलिए भी ठीक कणों के साथ उच्च प्रभाव वेग तक पहुंचने के लिए नव विकसित रिलीज तंत्र से पता चलता है। इन प्रयोगों में सिर्फ प्रभाव वेग के एक मामूली कमी है कि तथ्य यह है कि केवल 0.1 मिलीबार के एक निर्वात पहुँच गया था जो एक सही वैक्यूम नहीं है द्वारा समझाया जा सकता पहचानने योग्य है। 0.113 मिमी के एक औसत व्यास के साथ कणों के लिए बहुत अधिक विचलन एक बीएल में पिक्सल के चुनाव के कारण त्रुटि के प्रभाव के रूप में होurred तस्वीर को कम वेग के लिए अधिक है।

आकृति 1
चित्रा 1. निर्वात चैम्बर के बाहरी दृश्य। यह आंकड़ा तरफ से निर्वात चैम्बर से पता चलता है। एक वैक्यूम पंप और वैक्यूम गेज के साथ एक कनेक्शन के लिए अपने दो खुलने के साथ निचले हिस्से देख सकते हैं। इसके अलावा, मुहर के छल्ले और पेंच टोपी के साथ चार खुलने के साथ शीर्ष कवर दिखाई दे रहे हैं। सील की अंगूठी निचले हिस्से और ऊपरी भाग के बीच है। आस्तीन इस तस्वीर में हटा दिया गया था। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्रा कण कक्ष और एक पिपेट की नोक के साथ 2. रिलीज तंत्र। यह आंकड़ा बताता है कि नव घवैक्यूम प्रयोगों के लिए eveloped रिलीज तंत्र। सबसे पहले, प्लेट एक शंक्वाकार ड्रिल छेद के साथ बेलनाकार कक्ष पकड़े देखा जा सकता है। इसके अलावा, एक चर प्रारंभिक ऊंचाई का समायोजन और एक पिपेट की शंक्वाकार टिप करने के लिए कनेक्शन के लिए दो चिपक प्रस्तुत कर रहे हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3. गैर-बारी-बारी से रिहाई। यह आंकड़ा से एक aspherical कण के चित्रों की एक श्रृंखला से पता चलता 50 (1) और 25 फ्रेम (2) प्रभाव से पहले के रूप में अच्छी तरह से प्रभाव (3) और 25 (4) और 50 पर (5) प्रभाव के बाद फ्रेम। प्रभाव के कण ऊपर के समान आकार गैर-बारी-बारी से रिहाई का पता चलता है। कृपया सीएलआईयह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ सी.के.।

चित्रा 4
चित्रा 4. सॉफ्टवेयर के कैलिब्रेशन। यह आंकड़ा एक रिकॉर्ड मुक्त गिरावट प्रयोग का एक वीडियो से एक कण से पता चलता है। लाल रेखा के कण के आकार का प्रतिनिधित्व करता है और रूपांतरण कारक की गणना के लिए आवश्यक पिक्सेल की संख्या को गले लगाती है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 5
चित्रा 5. प्रस्ताव के संदर्भ बिंदु। यह आंकड़ा एक रिकॉर्ड मुक्त गिरावट प्रयोग का एक वीडियो में एक कण प्रस्तुत करता है। दो लाल पार संबंधित फ्रेम में क्षेत्र के शीर्ष पर गति के दो संदर्भ अंकों के वर्णन के ऊपरी परप्रभाव से पहले दस तख्ते पर ई और एक फ्रेम प्रभाव से पहले कम से एक है। दो अंक के बीच की दूरी कण के प्रभाव वेग की गणना करने के लिए प्रयोग किया जाता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
चित्रा 6 भ्रष्टाचार पर कण आकार और हवा के दबाव का प्रभाव। यह आंकड़ा कण आकार के आधार पर भ्रष्टाचार के लिए त्रुटि सलाखों के साथ मतलब मूल्यों के साथ ही अधिकतम और न्यूनतम मान दिखाता है। नीले हीरे वायुमंडलीय दबाव में प्रयोगों के लिए परिणाम दर्शाते हैं जबकि नारंगी हलकों निर्वात की स्थिति के तहत प्रयोगों के लिए परिणाम दिखाते हैं। ग्लास कणों 200 मिमी की एक प्रारंभिक ऊंचाई से एक स्टेनलेस स्टील baseplate पर गिरा दिया गया था। प्रत्येक डेटा बिंदु दस repetiti का मतलब मूल्य का प्रतिनिधित्व करता हैप्रयोग के ons। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 7
चित्रा 7. कण आकार और प्रभाव वेग पर हवा के दबाव का प्रभाव। यह आंकड़ा कण आकार के आधार पर प्रभाव वेग के लिए मतलब मूल्यों से पता चलता है। इसके अलावा त्रुटि सलाखों द्वारा दर्शाया अधिकतम और न्यूनतम मूल्यों प्रस्तुत कर रहे हैं। जबकि भरा नारंगी हलकों निर्वात की स्थिति के तहत प्रयोगों के लिए परिणाम प्रदर्शित भरा नीले हीरे वायुमंडलीय दबाव में प्रयोगों के लिए परिणाम प्रदर्शित करता है। खाली हीरे और खाली सर्कल अंशांकन मुद्दों की वजह से outliers वर्णन। प्रयोगों में कांच के कणों 200 मिमी की एक प्रारंभिक ऊंचाई से एक स्टेनलेस स्टील baseplate पर गिरा दिया गया था। प्रत्येक डेटा बिंदु मतलब मूल्य का प्रतिनिधित्व करता हैप्रयोग के दस repetitions की। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

आंकड़ा 8
चित्रा 8. भविष्य प्रयोगात्मक सेटअप। यह आंकड़ा रिलीज के दौरान कण चैम्बर की अस्थिरता को कम करने के लिए भविष्य प्रयोगात्मक स्थापना दर्शाया गया है। छड़ी bushings द्वारा निर्देशित, साथ ही दो पुली के माध्यम से मोटर करने के लिए छड़ी के कनेक्शन के लिए तार के साथ स्वचालित सेटअप दिखाया गया है। इसके अलावा फ्रेम प्रदर्शित किया जाता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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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

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References

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