वैक्यूम शर्तों के तहत क्षतिपूर्ति के गुणांक के मापन के लिए एक प्रयोगात्मक सेटअप का विकास
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।
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 ई = 1 के एक भ्रष्टाचार की ओर जाता है और संपर्क में भागीदारों के साथ मिलकर जो ई 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।
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…
Disclosures
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 |
References
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