وضع الإعداد التجريبية لقياس معامل الرد تحت ظروف الفراغ
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.
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. 5، 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.
Protocol
Representative Results
Discussion
To validate the functionality of the experimental setup in general, tests with similar material combinations as in other established setups (Antonyuk et al.5 and Wong et al.13) were performed. Since very similar results were obtained, the general procedure seems to work. Nevertheless, caution has to be taken towards the procedure and the analysis and further improvements are necessary.
The main limitation of the experimental setup is the quality of the v…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors have no acknowledgements.
Materials
| 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 |
Referenzen
- Ennis, B. J., Green, J., Davies, R. The legacy of neglect. U.S. Chem. Eng. Prog. 90 (4), 32-43 (1994).
- Nedderman, R. M. . Statics and Kinematics of Granular Materials. , (1992).
- 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).
- Thornton, C., Ning, Z. A theoretical model for the stick/bounce behaviour of adhesive, elastic-plastic spheres. Powder Technol. 99, 154-162 (1998).
- Antonyuk, S., et al. Energy absorption during compression and impact of dry elastic-plastic spherical granules. Granul. Matter. 12, 15-47 (2010).
- Güttler, C., Heißelmann, D., Blum, J., Krijt, S. Normal Collisions of Spheres: A Literature Survey on Available Experiments. arXIV. , (2012).
- Bharadwaj, R., Smith, C., Hancock, B. C. The coefficient of restitution of some pharmaceutical tablets/compacts. Int. J. Pharm. 402, 50-56 (2010).
- 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).
- Sommerfeld, M., Huber, N. Experimental analysis and modelling of particle-wall collisions. Int. J. Multiphas. Flow. 25, 1457-1489 (1999).
- 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).
- Lorenz, A., Tuozzolo, C., Louge, M. Y. Measurements of Impact Properties of Small, Nearly Spherical Particles. Exp. Mech. 37 (3), 292-298 (1997).
- 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).
- Wong, C. X., Daniel, M. C., Rongong, J. A. Energy dissipation prediction of particle dampers. J. Sound Vib. 319, 91-118 (2009).
- Louge, M. Y., Tuozzolo, C., Lorenz, A. On binary impacts of small liquid-filled shells. Phys. Fluids. 9, 3670-3677 (1997).
