Impactos das esferas em queda livre em um Pool profundo líquido com condições de superfície alterado fluido e pêndulo
Summary
Este protocolo demonstra a configuração básica experimental para experimentos de entrada de água com esferas em queda livre. Métodos para a alteração da superfície líquida com tecidos penetráveis, a preparação das esferas quimicamente não-umectante e passos para a extração de dados e visualização de respingo são discutidos.
Abstract
Impactos verticais das esferas na água limpa tenham sido objecto de numerosas investigações de entrada de água, caracterizando a formação de cavidade, respingo coroa ascensão e Worthington jato de estabilidade. Aqui, podemos estabelecer protocolos experimentais para analisar a dinâmica do respingo quando Lisa em queda livre das esferas de molhabilidade variada, massa e diâmetro impacto superfície livre de um pool profundo líquido modificado por finos tecidos penetráveis e surfactantes líquidos. Investigações de entrada de água fornecem experiências acessíveis, facilmente montadas e executadas para estudar a complexa mecânica dos fluidos. Aqui apresentamos um protocolo ajustável para caracterizar a altura inicial, métricas de separação de fluxo e cinemática do pêndulo e resultados representativos que podem ser adquiridos se reproduzindo nossa abordagem. Os métodos são aplicáveis quando dimensões respingo característicos permanecem abaixo de aproximadamente 0,5 m. No entanto, este protocolo pode ser adaptado para maiores alturas de lançamento do pêndulo e as velocidades de impacto, que um bom augúrio para traduzir resultados naval e aplicações industriais.
Introduction
A caracterização da dinâmica de respingo decorrentes de impactos verticais de objetos sólidos em um líquido no fundo da piscina1 é aplicável ao militares, navais e industriais aplicações tais como mísseis balísticos água entrada e mar superfície desembarque2, 3,4,5. Os primeiros estudos de entrada de água foram realizados bem há mais de um século de6,7. Aqui, podemos estabelecer protocolos claros em profundidade e melhores práticas para alcançar resultados consistentes para investigações de entrada de água. Para auxiliar o delineamento experimental válido, um método é apresentado para a manutenção das condições sanitárias, alteração das condições interfaciais, controle dos parâmetros adimensionais, modificação química da superfície do pêndulo e visualização de cinemática de respingo.
Impactos verticais das esferas de hidrófilo em queda livre sobre o fluido quiescente não mostram nenhum sinal de ar-armadilha em baixa velocidades8. Achamos que a colocação de tecidos penetráveis finas em cima da superfície do fluido provoca formação de cavidade devido ao fluxo forçado de separação1. Uma quantidade insuficiente de tecido na superfície amplifica espirrando em toda uma gama de números moderados de Weber, enquanto camadas suficientes atenua espirrando como esferas superar arraste no fluido de entrada1. Neste artigo, vamos explicar os protocolos adequados para estabelecer os efeitos de força material sobre a entrada de água das esferas hidrofílicas.
Cavidade formando salpicos de hidrofóbicos pêndulos mostram a ascensão de uma coroa de respingo bem desenvolvido, seguido da saliência do jato principal elevada acima da superfície, quando comparados com suas contrapartes de água-gosto8. Aqui, apresentamos uma abordagem para alcançar a repelência de água a modificar quimicamente a superfície hidrofílica esferas.
Com o advento de câmeras de alta velocidade, caracterização e visualização de respingo tornaram-se mais atingíveis. Mesmo assim, as normas estabelecidas no campo chamam para o uso de uma única câmera ortogonais ao eixo principal da viagem. Nós mostramos que o uso de uma câmera de alta velocidade adicional para vistas aéreas é necessário para julgar esferas strike a localidade pretendida.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo descreve o desenho experimental e práticas recomendadas para investigações de esferas em queda livre em uma piscina de líquido no fundo. Começamos destacando etapas necessárias para configurar o experimento para impactos verticais. É importante criar um ambiente de respingo ideal com o uso de uma zona de respingo suficientemente grande tal que efeitos de parede são negligenciáveis9e uma escala visual apropriada para a extração de cinemática12…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores gostaria de reconhecer a faculdade de engenharia e Ciências (CECS) da Universidade da Flórida Central para financiar este projecto, do computador, Joshua Bom e Chris Souchik para imagens de respingo e Nicholas Smith para feedback valioso.
Materials
| 3D Printer | FlashForge | Creator Pro | Dual Extrusion |
| Alcohol | Swan | M314 | 99% Isopropyl |
| BNC Cables | Thorlabs | 2249-C-24 | |
| Caliper | Anytime Tools | 203185 | Dial |
| Camera | Photron | Mini AX-100 | 16GB Ram |
| Computer | Dell | Windows 7 Pro | |
| Fabric | Georgia Pacific | 19378 | Toilet Paper |
| Fabric | Kleenex | 10036000478478 | Tissue |
| Laser Cutter | Glowforge | Basic | |
| Lights | GS Vitec | LT-V9-15 | Multi-LED |
| Microscope | Keyence | VHX-900F | Digital |
| Retort Stand | VWR | VWRF08530.083 | |
| Router | ASUS | RT-N12 | Off Network |
| Ruler | Westcott | 10432 | Meter Ruler |
| Software | Open-Source | Tracker | Video Analysis |
| Software | Photron | Fastcam Viewer | Video Recording |
| Sphere | Amazon | 8DELSET | Delrin |
| Spray | Rust-Oleum | 274232 | Water Repelling |
| Surfactant | Dawn | 37000973782 | Liquid Soap |
| Surfactant | USP Kosher | 5 Gallons | Glycerin |
| Tensile Tester | MTS | Model 42 | |
| Trigger Switch | Custom Made | ||
| Water Tank | Mr. Aqua | MA-730 | Non-Tempered Glass |
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