Sviluppo di un apparato sperimentale per la misura del coefficiente di restituzione sotto vuoto Condizioni

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

Il coefficiente di restituzione è un parametro che descrive la perdita di energia cinetica durante un urto. Qui, una configurazione caduta libera sotto vuoto è sviluppato per essere in grado di determinare il coefficiente di parametro restituzione per particelle nella gamma di micrometri con velocità alto impatto.

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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

Il metodo degli elementi discreti viene utilizzato per la simulazione di sistemi particellari per descrivere e analizzarli, per prevedere e poi ottimizzare il loro comportamento per le singole fasi di un processo o anche un intero processo. Per la simulazione con verifichi contatti particelle particella e particella murali, è richiesto il valore del coefficiente di restituzione. Può essere determinato sperimentalmente. Il coefficiente di restituzione dipende da diversi parametri come la velocità di impatto. Soprattutto per particelle fini la velocità d'impatto dipende dalla pressione dell'aria e sotto pressione atmosferica velocità d'impatto elevate non può essere raggiunto. Per questo, un nuovo apparato sperimentale per le prove di caduta libera in condizioni di vuoto è sviluppato. Il coefficiente di restituzione è determinato con la velocità di impatto e di rimbalzo che vengono rilevati da una telecamera ad alta velocità. Per non ostacolare la vista, la camera a vuoto è di vetro. Anche un nuovo meccanismo di rilascio a cadere una singola particella sotto vuotocondizioni è costruito. A causa di ciò, tutte le proprietà della particella possono essere caratterizzati in anticipo.

Introduction

Polveri e granuli sono ovunque intorno a noi. Una vita senza di loro è impossibile nelle società moderne. Essi appaiono in cibo e bevande come grani o anche farina, zucchero, caffè e cacao. Essi sono necessari per gli oggetti di uso quotidiano, come il toner per stampante laser. Anche l'industria plastica non è immaginabile senza di loro, perché la plastica è trasportato in forma granulare prima viene fuso e data una nuova forma. Dopo Ennis et al. 1 almeno il 40% del valore aggiunto per l'indice dei prezzi al consumo degli Stati Uniti d'America da parte dell'industria chimica (agricoltura, alimentare, farmaceutica, minerali, munizioni) è collegato alla tecnologia delle particelle. Nedderman 2 anche precisato che circa il 50% (in peso) dei prodotti e un minimo del 75% delle materie prime sono solidi granulari nell'industria chimica. Ha inoltre dichiarato che ci si verificano molti problemi riguardanti lo stoccaggio e il trasporto di materiali granulari. Uno di questi è che durante il trasporto e handling molte collisioni avvengono. Per analizzare, descrivere e prevedere il comportamento di un sistema per il particolato, Discrete Element Method (DEM) simulazioni possono essere eseguite. Per queste simulazioni conoscenza del comportamento collisione del sistema per il particolato è necessario. Il parametro che descrive questo comportamento nelle simulazioni DEM è il coefficiente di restituzione (COR) che deve essere determinato in esperimenti.

Il COR è un numero che caratterizza la perdita di energia cinetica durante l'urto, come descritto da Seifried et al. 3. Hanno spiegato che questo è causato da deformazioni plastiche, propagazione delle onde e fenomeni viscoelastico. Thornton e Ning 4 anche detto che qualche energia potrebbe essere dissipata dal lavoro a causa di interfacciarsi adesione. Il Comitato dipende velocità d'impatto, comportamento del materiale, dimensione delle particelle, la forma, rugosità, umidità, proprietà di adesione e la temperatura come indicato in Antonyuk et al. 5. Per un completely impatto elastico tutta l'energia assorbita viene restituito dopo la collisione in modo che la velocità relativa tra le parti a contatto è uguale prima e dopo l'impatto. Questo porta ad una COR di e = 1. Durante un impatto perfettamente plastico tutta l'energia cinetica iniziale viene assorbito e le parti di contatto bastone insieme che porta ad una COR di e = 0. Inoltre, Güttler et al. 6 spiegato che ci sono due tipi di collisioni. Da una parte, vi è la collisione tra due sfere che è noto anche come contatto particelle particella. D'altra parte, vi è la collisione tra una sfera e una piastra che è anche chiamato contatto particelle parete. Con i dati per il COR e altre proprietà del materiale come coefficiente di attrito, la densità, rapporto e modulo di taglio simulazioni DEM di Poisson possono essere eseguite per determinare le velocità post-collisionali e orientamenti delle particelle come spiegato da Bharadwaj et al. 7. come shown in Antonyuk et al 5., il Comitato può essere calcolata con il rapporto della velocità di rimbalzo di impatto della velocità.

Pertanto un apparato sperimentale per le prove di caduta libera per esaminare il contatto particella-parete di particelle con un diametro da 0,1 mm a 4 mm è stato costruito. Il vantaggio degli esperimenti di caduta libera rispetto agli esperimenti accelerati come in Fu et al. 8 e Sommerfeld e Huber 9 è che la rotazione potrebbe essere eliminato. Quindi, il trasferimento tra energia cinetica rotazionale e traslazionale che influenza il Comitato può essere evitato. Particelle asferici devono essere contrassegnati come in Foerster et al. 10 o Lorenz et al. 11 di prendere in considerazione la rotazione. Come il COR dipende dalla velocità d'impatto, le velocità d'impatto nelle esperimenti devono corrispondere a quelli dei reali processi di trasporto e movimentazione. In esperimenti di caduta libera sotto la pressione atmosferica, la velocità d'impatto è limitatadalla forza di trascinamento, avendo un'influenza crescente per granulometria decrescente. Per ovviare a questo inconveniente, l'apparato sperimentale funziona in condizioni di vuoto. Una seconda sfida è far cadere solo una singola particella da allora è possibile caratterizzare tutte le proprietà che influenzano il CdR in anticipo, per esempio, rugosità superficiale e l'adesione. Con questa conoscenza, il COR può essere determinato in base alle proprietà della particella. Per questo, un nuovo meccanismo di rilascio è stato sviluppato. Un altro problema sono le forze adesive di polveri con diametro inferiore a 400 micron. Pertanto, un ambiente a temperatura ambiente asciutto e è necessario per superare l'adesione.

L'apparato sperimentale è costituito da più parti. Una vista esterna del setup sperimentale esistente è mostrato in Figura 1. In primo luogo, vi è la camera di depressione che è fatto di vetro. È composto da una parte inferiore (cilindro), una copertura superiore, un anello di tenuta ed un manicotto per collegare ilparti. La parte inferiore ha due aperture per il collegamento con la pompa da vuoto e il vacuometro. Il coperchio superiore ha quattro aperture. Due di questi sono necessari per i bastoncini del meccanismo di sblocco di seguito descritto e anche due che possono essere utilizzati per ulteriori miglioramenti dell'esperimento. Tutte queste aperture possono essere chiuse con anelli di tenuta e tappi a vite quando si lavora in condizioni di vuoto.

Inoltre, un nuovo meccanismo di rilascio è stato sviluppato in quanto l'uso di un ugello vuoto come in molti altri esperimenti documentati in letteratura (ad esempio Foerster et al. 10, Lorenz et al. 11, Fu et al. 12 o Wong et al. 13) non è possibile in un ambiente sotto vuoto. Il meccanismo è realizzato da una camera cilindrica con un foro conico che si svolge da una piastra. Questo è collegato ad un bastone che si inserisce in uno degli anelli di tenuta del coperchio superiore della camera a vuoto e garantisce la regolazione di un variabLe altezza iniziale per gli esperimenti di caduta libera. Una scala è tracciata sulla bastone per misurare l'altezza. La chiusura della camera particella è implementato da una punta conica di una pipetta che è ancora collegato a un bastone. Il nuovo meccanismo di rilascio può essere visto in Figura 2, e funziona come descritto qui: nello stato iniziale la punta della pipetta viene spinto verso il basso in modo che la circonferenza della punta tocca il bordo del foro della camera di. La camera è chiusa con la punta della pipetta tale che non c'è spazio per una particella di lasciare la camera attraverso il foro. Per rilasciare la particella, il bastone viene tirato verso l'alto molto lentamente insieme con la punta ad esso collegato. Poiché il diametro della punta è sempre più piccolo un divario tra la circonferenza e il bordo del foro viene attraverso cui la particella può lasciare la camera. Sebbene ci si potrebbe aspettare una rotazione della particella con il meccanismo di sgancio nuova concezione della particella potrebbe 'roll' fuori chamber, un comportamento diverso appare negli esperimenti. La Figura 3 mostra l'impatto di una particella asferica da 50 fotogrammi prima a 50 fotogrammi dopo l'impatto con passi di 25 fotogrammi. Dalla forma della particella senza rotazione è visibile prima dell'impatto (1-3) che poi gira ovviamente (4-5). Pertanto, il rilascio non rotazionale rivendicato sta avvenendo con questo meccanismo di rilascio.

Un altro componente del setup sperimentale è la piastra di base. In realtà ci sono tre diversi tipi di piastre di base costituite da materiali diversi. Uno è fatto di acciaio inossidabile, un secondo di alluminio e un terzo di cloruro di polivinile (PVC). Queste piastre di base rappresentano materiali frequentemente utilizzati per l'ingegneria di processo, ad esempio nei reattori e tubi.

Per determinare le velocità di impatto e di rimbalzo, è utilizzato una telecamera ad alta velocità con 10.000 fps e una risoluzione di 528 x 396 pixel. Questa configurazione viene scelta come c'è sempreuna foto vicino l'impatto e anche la risoluzione è ancora soddisfacente. La fotocamera è collegata a uno schermo che mostra i video nel momento in cui vengono registrate. Ciò è necessario, poiché la telecamera ad alta velocità può salvare solo una quantità limitata di immagini e sovrascrive l'inizio del video quando questo valore viene superato. Inoltre, è necessaria una forte sorgente luminosa per l'illuminazione del campo visivo della telecamera ad alta velocità. Per l'illuminazione uniforme di un foglio di carta tecnica disegno viene incollato sul retro della camera a vuoto che diffonde la luce.

Infine, una pompa rotativa a due stadi è utilizzato per stabilire un vuoto di 0,1 mbar ea misure vacuometro il vuoto per garantire condizioni ambientali costanti.

Per le perle di vetro di lavoro qui presentato con diversi diametri delle particelle (0,1-0,2, 0,2-0,3, 0,3-0,4, 0.700, 1.588, 2.381, 2.780, 3.680 e 4.000 mm) sono utilizzati. Le perle sono fatte di calce sodatavetro e sono sferica, con una superficie piuttosto liscia.

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Protocol

1. Gli esperimenti con particelle più grosse o uguale a 700 micron

  1. Preparazione del setup sperimentale
    1. Rimuovere il manicotto e sollevare il coperchio superiore della camera a vuoto. Posizionare la piastra di base costituito dal materiale della parete desiderata nella camera a vuoto. Ruotare la parte inferiore dei lateralmente camera a vuoto a scorrere nella piastra accuratamente da mani.
    2. Luogo esattamente una delle particelle da esaminare con pinzette nel centro della piastra di base. Successivamente regolare l'altezza della fotocamera con un treppiede in modo tale che la piastra di base è in quarto inferiore del campo visivo e concentrarsi sulla particella.
    3. Rimuovere la particella con una pinzetta.
  2. Procedura sperimentale
    1. Regolare l'altezza della camera di particelle in modo tale che viene raggiunta la velocità d'impatto desiderata della particella. Utilizzare la scala sul bastone fissato alla piastra di supporto come indicatore dell'altezza. Chiudere la camera di particelle conla punta della pipetta spingendolo verso il basso in modo che la circonferenza della pipetta tocca il bordo del foro della camera di. Aprire il manicotto e sollevare il coperchio superiore della camera a vuoto.
    2. Mettere una sola sfera nella camera di particelle con una pinzetta. La sfera può essere solido o liquido riempito (come in Louge et al. 14), a seconda del tipo di particelle devono essere analizzati. Tuttavia, in questo lavoro sono esaminati solo particelle solide. Posizionare il coperchio superiore sulla parte inferiore della camera di vuoto (cilindro) e collegare il coperchio superiore e la parte inferiore della camera del vuoto con il manicotto.
    3. Evacuare la camera con la pompa da vuoto fino a raggiungere un livello di 0,1 mbar (o qualsiasi altro valore desiderato). Misurare la pressione con un calibro di vuoto. Chiudere la valvola sul lato della camera a vuoto e spegnere la pompa del vuoto. Indossare occhiali di sicurezza quando si lavora in condizioni di vuoto.
    4. Applicare un frame rate di 10.000 fps e regolare le impostazioni della fotocamera (positione / zoom) per ottenere una risoluzione di 528 x 396 pixel. Avviare la registrazione della telecamera ad alta velocità e aprire il foro della camera di particelle per liberare la particella. Contemporaneamente tirare e ruotare il bastone attaccato alla punta della pipetta per evitare problemi di stick-slip a causa della forte attrito tra bastone e anello di tenuta.
    5. Arrestare la registrazione della fotocamera direttamente dopo l'impatto perché solo una quantità limitata di immagini può essere salvata e le prime vengono sovrascritti quando questo limite viene superato. Tagliare il film attorno l'istante dell'impatto allo schermo e salvarlo sulla scheda di memoria.
    6. Ripetere l'esperimento dieci volte per ottenere risultati statisticamente significativi. I risultati sono statisticamente significativi se dopo dieci ripetizioni, il valore medio non altera più (questo potrebbe essere diverso per altri materiali a seconda della omogeneità del campione o altre forme di particelle).
  3. procedura di valutazione
    1. Calibrare il software con il knowdimensione n di una particella o un altro oggetto utilizzando un fotogramma del video fatto in passo 1.2.4 per ottenere una conversione tra pixel e distanze. Utilizzare il diametro orizzontale non è sfocata a causa del movimento della particella.
      1. Contare il numero di pixel del diametro orizzontale e quindi dividere la distanza nota dal numero di pixel per ottenere la 'distanza per pixel' fattore di conversione. Un'immagine del processo di calibrazione è mostrato in figura 4.
    2. Impostare un punto di riferimento del movimento sulla parte superiore della sfera dieci fotogrammi prima e un fotogramma prima dell'impatto per calcolare la velocità d'impatto. La Figura 5 presenta due punti di riferimento del moto. Con il fattore di conversione dal punto 1.3.1, utilizzare il numero di pixel tra i due punti per ottenere la distanza percorsa. Dividere la distanza dal tempo trascorso (prodotto del numero di frame e fase temporale) per ottenere la velocità di impatto.
    3. Impostare un punto di riferimento dimovimento sulla parte superiore della sfera un fotogramma dopo dieci trame dopo l'impatto per calcolare la velocità di rimbalzo. Determinare la velocità di rimbalzo in modo analogo al punto 1.3.2.
    4. Calcolare il COR come rapporto tra la velocità di rimbalzo a velocità d'impatto.
    5. Ripetere i passaggi 1.3.1-1.3.4 per la valutazione di tutti i video del test di caduta registrati.

2. Gli esperimenti con polveri Finer o uguale a 400 micron

  1. Preparazione del setup sperimentale
    1. Rimuovere il manicotto e sollevare il coperchio superiore della camera a vuoto. Posizionare la piastra di base costituito dal materiale della parete desiderata nella camera a vuoto. Ruotare la parte inferiore dei lateralmente camera a vuoto a scorrere nella piastra accuratamente da mani.
    2. Inserire un oggetto di riferimento adeguata come una particella con dimensioni note nel centro della piastra di base con una pinzetta. Successivamente regolare l'altezza della fotocamera con un treppiede in modo tale che la piastra di base è nel quarto inferiore dellail campo visivo e mettere a fuoco l'oggetto di riferimento.
    3. Registrare un breve video dell'oggetto di riferimento quando si è sdraiato sulla piastra di base con esattamente le stesse impostazioni nei seguenti esperimenti.
    4. Rimuovere l'oggetto di riferimento con una pinzetta.
  2. Procedura sperimentale
    1. Regolare l'altezza della camera di particelle in modo tale che viene raggiunta la velocità d'impatto desiderata della particella. Utilizzare la scala sul bastone fissato alla piastra di supporto come indicatore dell'altezza. Chiudere la camera particella con la punta della pipetta spingendolo verso il basso in modo che la circonferenza della pipetta tocca il bordo del foro della camera di. Aprire il manicotto e sollevare il coperchio superiore della camera a vuoto.
    2. Mettere 50 a 100 sfere nella camera particelle. Per guidare le sfere nella camera particelle, depositarle prima su un foglio piegato. Utilizzare il foglio piegato in una scanalatura a scorrere le particelle nella camera. Mettere il coperchio superiore in tegli parte inferiore della camera di vuoto (cilindro) e collegare il coperchio superiore e la parte inferiore della camera del vuoto con il manicotto.
    3. Evacuare la camera con la pompa da vuoto fino a raggiungere un livello di 0,1 mbar (o qualsiasi altro valore desiderato). Misurare la pressione con un calibro di vuoto. Chiudere la valvola sul lato della camera a vuoto e spegnere la pompa del vuoto. Indossare occhiali di sicurezza quando si lavora in condizioni di vuoto.
    4. Avviare la registrazione della telecamera ad alta velocità con 10.000 fps e una risoluzione di 528 x 396 pixel e aprire il foro della camera di particelle per liberare le particelle. Contemporaneamente tirare e ruotare il bastone attaccato alla punta della pipetta per evitare problemi di stick-slip causa dell'elevato attrito tra bastone e anello di tenuta. Estrarre molto lentamente per evitare che tutte le particelle cadono allo stesso tempo.
    5. Arrestare la registrazione della telecamera 5 a 6 secondi dopo l'impatto della prima particella perché solo una quantità limitata di immagini può essere salvato e l'abetequelli st vengono sovrascritti quando questo limite viene superato. Tagliare il film al schermo in modo tale che almeno 10 impatti chiaramente mirati di particelle sono visibili e salvare sulla scheda di memoria.
  3. procedura di valutazione
    1. Calibrare il software con la dimensione noto dell'oggetto di riferimento dal video del passo 2.1.3 per ottenere una conversione tra pixel e distanze. Contare il numero di pixel di dimensioni dell'oggetto di riferimento e quindi dividere la distanza nota dal numero di pixel per ottenere la 'distanza per pixel' fattore di conversione.
    2. Impostare un punto di riferimento del movimento sulla parte superiore della prima sfera chiaramente focalizzato nel video dieci fotogrammi prima e un fotogramma prima dell'impatto per calcolare la velocità di impatto. Calcolare la velocità d'impatto analogo al punto 1.3.2 insieme con il fattore di conversione dal punto 2.3.1.
    3. Impostare un punto di riferimento del movimento sulla sommità del primo chiaramente focalizzato sfera un fotogramma dopo e dieci fotogrammi poppaer l'impatto per calcolare la velocità di rimbalzo. Calcolare la velocità di rimbalzo in modo analogo al punto 2.3.2.
    4. Calcolare il COR come rapporto tra la velocità di rimbalzo a velocità d'impatto.
    5. Ripetere i punti 2.3.2-2.3.3 per la valutazione degli impatti di un altro nove sfere chiaramente focalizzati.

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Representative Results

Per le particelle di analisi di vetro con un diametro di 100 micron e 4,0 mm sono stati lasciati cadere da un'altezza iniziale di 200 mm su una piastra di base in acciaio inossidabile con uno spessore di 20 mm.

La figura 6 mostra i valori medi nonché i valori massimi e minimi per il COR seconda della dimensione delle particelle per la pressione atmosferica e sotto vuoto. Il valore medio del COR è risultato essere circa e = 0,9 per particelle maggiori o uguali a 700 micron indipendente dalla pressione dell'aria.

Per le particelle con un diametro inferiore a 400 micron COR rimane quasi costante con un valore di e = 0,9 in condizioni di vuoto. Sotto pressione atmosferica COR diminuisce al diminuire del diametro delle particelle. Una ragione di ciò potrebbe essere che l'aria davanti particella viene compressa durante la caduta libera whRisultati ich in natura di un cuscino che ammortizza la collisione, assorbe energia cinetica e causa che porta ad un COR inferiore. In entrambi i casi le deviazioni sono superiori per le particelle grossolane. Una spiegazione per questo potrebbe essere che le polveri sottili hanno avuto solo la dimensione di un paio di pixel nel video. Pertanto l'errore dovuto alla scelta dei pixel di un'immagine sfocata è intenso.

I risultati per la velocità di impatto a seconda delle dimensioni delle particelle per la pressione atmosferica e sotto vuoto sono presentati nella Figura 7. Per la velocità d'impatto i valori medi, il massimo ed il minimo sono mostrate. Il valore medio della velocità d'impatto viene valutato con circa v i = 2 msec -1 per particelle superiore a 700 micron indipendenti della pressione dell'aria. Un'eccezione appare per un diametro delle particelle di 700 micron dove la velocità d'impatto è notevolmente inferiore in condizioni di vuoto eanche leggermente più sotto pressione atmosferica. Per un diametro particellare discendente si aspettava una velocità della diminuzione a pressione atmosferica. In contrasto a ciò, la velocità d'impatto deve rimanere lo stesso in condizioni di vuoto. Avere uno sguardo più da vicino il metodo di valutazione si può vedere che per le particelle con un diametro di 700 micron la calibrazione per la conversione tra pixel e distanze è diversa da quella delle particelle più grossolane. Il rapporto di pixel per millimetro è significativamente più elevata che si traduce in una velocità minore. Una ragione per la taratura errata potrebbe essere che la fotocamera non è in grado di riconoscere correttamente la forma delle particelle più fini. Utilizzando la stessa calibrazione standardizzata per la grossolana particelle le velocità di impatto sono ancora approssimativamente nella stessa gamma ed i valori anomali possono essere eliminati.

Per polveri con un diametro inferiore a 400 micron le velocità d'impatto diminuiscesignificativamente con un diametro delle particelle discendente sotto pressione atmosferica. L'equilibrio di forza attrito dell'aria e la forza gravitazionale, e anche la velocità di sedimentazione, viene raggiunta in precedenza per le particelle più fini. In contrasto con ciò, la velocità di impatto sotto vuoto è quasi costante anche per le polveri. Questo dimostra la teoria di una particella infinitamente accelerazione, quando non c'è aria che può risultare in una forza di resistenza e per questo un equilibrio di forze non viene mai raggiunta. Essa mostra anche la necessità di condizioni di vuoto e quindi anche il meccanismo di rilascio di nuova concezione per raggiungere velocità ad alto impatto con particelle fini. In questi esperimenti solo una lieve diminuzione della velocità d'impatto è riconoscibile che può essere spiegato con il fatto che solo un vuoto di 0,1 mbar stato raggiunto, che non è un vuoto perfetto. Le deviazioni molto più elevati per particelle con un diametro medio di 0,113 mm verificano quale influenza dell'errore dovuto alla scelta dei pixel in un blpicture urred è più alto per le velocità più basse.

Figura 1
Figura 1. Vista esterna della camera a vuoto. Questa figura mostra la camera a vuoto dal lato. Si può vedere la parte inferiore con le sue due aperture per il collegamento con la pompa da vuoto e il vacuometro. Inoltre, il coperchio superiore con quattro aperture con anelli di tenuta e tappi a vite sono visibili. L'anello di tenuta è tra la parte inferiore e la parte superiore. Il manicotto è stato rimosso in questa foto. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

figura 2
Figura 2. Meccanismo di uscita con camera di particelle e punta di una pipetta. Questa figura descrive il neo dmeccanismo di rilascio eveloped per esperimenti di vuoto. In primo luogo, la piastra porta della camera cilindrica con un foro conico può essere visto. Inoltre, i due bastoni per la regolazione di un altezza iniziale variabile e il collegamento con la punta conica di una pipetta vengono presentati. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3
Figura 3. rilascio non rotazionale. Questa figura mostra una serie di immagini di una particella asferica da 50 (1) e 25 fotogrammi (2) prima dell'impatto nonché l'impatto (3) e 25 (4) e 50 (5) telai dopo l'impatto. La forma identica della particella fino a l'impatto rivela il rilascio non a rotazione. Si prega di CLIck qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 4
Figura 4. La calibrazione del software. Questa figura mostra una particella da un video di un esperimento caduta libera registrata. La linea rossa rappresenta la dimensione della particella e abbraccia il numero di pixel necessari per il calcolo del fattore di conversione. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 5
Figura 5. Punto di riferimento del movimento. Questa figura presenta una particella in un video di un esperimento caduta libera registrata. Le due croci rosse illustrano i due punti di riferimento del moto sulla cima della sfera nel rispettivo telaio: l'on superioree in dieci fotogrammi prima dell'impatto e quello inferiore in un fotogramma prima dell'impatto. La distanza tra i due punti viene utilizzato per calcolare la velocità d'impatto della particella. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 6
Figura 6. Influenza della dimensione delle particelle e la pressione dell'aria sul COR. Questa figura mostra i valori medi nonché i valori massimi e minimi con le barre di errore per il COR seconda delle dimensioni delle particelle. I diamanti blu rappresentano i risultati di esperimenti sotto la pressione atmosferica mentre i cerchi arancioni mostrano i risultati di esperimenti in condizioni di vuoto. particelle di vetro sono cadute su una piastra di base in acciaio inox da un'altezza iniziale di 200 mm. Ciascun punto di dati rappresenta il valore medio di dieci repetitions dell'esperimento. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 7
Figura 7. Influenza della dimensione delle particelle e la pressione dell'aria sulla velocità d'impatto. Questa figura mostra i valori medi per la velocità d'impatto a seconda delle dimensioni delle particelle. Inoltre sono rappresentati i valori massimi e minimi rappresentati dalle barre di errore. I diamanti blu pieni dimostrano i risultati di esperimenti sotto pressione atmosferica, mentre i cerchi arancione riempito visualizzare i risultati per gli esperimenti in condizioni di vuoto. Il diamante vuoto e il cerchio vuoto illustrano valori anomali a causa di problemi di calibrazione. Negli esperimenti particelle di vetro sono cadute su una piastra di base in acciaio inox da un'altezza iniziale di 200 mm. Ciascun punto di dati rappresenta il valore mediodi dieci ripetizioni dell'esperimento. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 8
Figura 8. Il futuro apparato sperimentale. Questa figura illustra il futuro setup sperimentale per minimizzare l'instabilità della camera di particelle durante il rilascio. Viene mostrata la configurazione automatica con il bastone guidata da boccole, così come il filo per il collegamento del bastone al motore tramite due pulegge. Inoltre viene visualizzato il fotogramma. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

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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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