Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Görsel olarak bağlı normal yüzeylerde yeni başlayan parçacık çekimde karakterizasyonu: çalkantılı koşullarına Laminer üzerinden

Published: February 22, 2018 doi: 10.3791/57238
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 2, 1, 3, 1,4, 4
1Institute of Fluid Mechanics, FAU Busan Campus, University of Erlangen-Nuremberg, 2Institute of Chemical Reaction Engineering, FAU Busan Campus, University of Erlangen-Nuremberg, 3Institute of Bioprocess Engineering, FAU Busan Campus, University of Erlangen-Nuremberg, 4Institute of Fluid Mechanics, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)

Summary

Yeni başlayan parçacık hareket tek bir boncuk tortu yatak geometriye Laminer türbülanslı akış için bir fonksiyonu olarak karakterize için iki farklı yöntem sunulmaktadır.

Abstract

Laminer yatağından türbülanslı akış koşulları için geometrik özellikleri bir fonksiyonu olarak parçacık hareket eşik belirlemek için iki farklı deneysel yöntem sunulmaktadır. Bu amaca yönelik tek bir boncuk yeni başlayan hareket düzenli olarak üçgen ve ikinci dereceden simetri düzenlenir sabit küreler Tekdüzen boyutta monolayer oluşur normal yüzeyler üzerinde incelenmiştir. Eşik kritik kalkanlar sayısı ile karakterizedir. Hareket başlangıcı için kriter ilk denge yerine uzaklığı için komşu bir olarak tanımlanır. Deplasman ve hareket modu bir görüntüleme sistemi ile tanımlanır. Laminar akış döngüsel bir rheometer kullanarak bir paralel disk yapılandırması ile indüklenen. Yamultma Reynolds sayısı 1 kalır. Türbülanslı akış düşük hızlı Rüzgar tüneli açık jet test bölümü ile indüklenen olduğu. Hava hızı ile bir frekans dönüştürücü üfleyici fan üzerinde düzenlenir. Hız profili sıcak film anemometre bağlı bir sıcak tel sondası ile ölçülür. Yamultma Reynolds sayısı 40 ve 150 arasında değişmektedir. Logaritmik hız ve Rotta tarafından sunulan değiştirilmiş duvar hukuku kesme hızı deneysel verilerden anlaması için kullanılır. Mobil boncuk kısmen türbülanslı akış sözde hidrolik geçiş akış rejimi içinde maruz özel ilgi ikincisidir. Yamultma stres hareket başlangıcında tahmin edilmektedir. Yaslanmak açısını ve akış yamultmak için boncuk pozlama güçlü etkisini gösteren bazı açıklayıcı sonuçları her iki rejimleri içinde temsil edilir.

Introduction

Yeni başlayan parçacık hareket çok çeşitli endüstriyel ve doğal süreçleri ile karşılaştı. Çevre örnekler tortu ilk işlem 1,2,3nehir ve okyanus, yatak erozyon veya kumul oluşumu diğerleri arasında taşıma. Pnömatik4taşıma, kirleticiler kaldırılması veya yüzeyler5,6 / Temizleme parçacık hareket başlangıcı içeren tipik endüstriyel uygulamalar vardır.

Uygulama geniş yelpazesi nedeniyle, parçacık hareket başlangıcı kapsamlı çoğunlukla çalkantılı koşullar7,8,9,10,11altında bir yüzyıl içinde çalışılmıştır, 12,13,14,15. Birçok deneysel yaklaşımlar hareket başlangıcı için eşik belirlemek için uygulandı. Çalışmalar parçacık Reynolds sayı13,16,17,18,19,20, göreli akış düşeydeki konumları gibi parametreleri içerir 21 , 22 , 23 , 24 veya açısını olarak geometrik faktörler16,18,25, akışı26,27,28,29maruz güvenmek, göreli tahıl çıkıntı29 veya streamwise yatak eğimi30.

Çalkantılı koşullar da dahil olmak üzere eşik için geçerli verileri genel olarak12,31 dağılmış ve sonuçları genellikle tutarsız24gibi. Bu denetleme veya çalkantılı koşulları13,14altında akış parametrelerinin belirlenmesi, çoğunlukla doğal karmaşıklığını kaynaklanmaktadır. Ayrıca, tortu hareket için eşik kuvvetle hareket, Yani sürgülü, çalışırken veya kaldırma17 ve ölçüt yeni başlayan hareket31karakterize etmek için moduna bağlıdır. İkinci bir erodible tortu yatakta belirsiz olabilir.

Son on yılda yeni başlayan parçacık hareket Laminer akımları32,33,34,35,36,37, deneysel araştırmacılar inceledik 38 , 39 , 40 , 41 , 42 , 43 , 44yatak ile etkileşim uzunluğu ölçekler geniş yelpazede nerede,45kaçınılmalıdır. Sedimantasyon ima birçok pratik senaryo parçacıklar oldukça küçüktür ve parçacık Reynolds sayısı yaklaşık 5'ten daha düşük kalır46. Öte yandan, Laminer akımları türbülanslı akış42,47gibi dalgalanmalar ve dunes geometrik desenler oluşturmak edebiliyoruz. Her iki rejimleri düşünürler analojiler önemli anlayış parçacık taşıma için daha iyi--dan bir elde edilebilir böylece temel fizik47 deneysel sistem48kontrollü yansıtacak şekilde gösterilmiştir.

Doymuş koşullar elde edildi kadar birörnek boyutlu boncuk, sözde yatak kaplama, taneli bir yatak yerel düzenlenmesi hareket başlangıcı için eşik ilerici bir artış içinde sonuçlandı Charru vd. Laminer akış içinde fark 32. edebiyat, ancak, düzensiz görücü usulü tortu yataklarda bağlı olarak deneysel set-up36,44doymuş koşullar için farklı eşikler ortaya koymaktadır. Bu saçılma yönünü, çıkıntı düzeyi ve kompakt çökeller gibi kontrol eden parçacık parametreleri zorluk nedeniyle olabilir.

Bu el yazması ana tek küre yeni başlayan hareket yatay tortu yatağın geometrik özellikleri bir fonksiyonu olarak karakterize etmek nasıl ayrıntılı bir şekilde tanımlamak için hedeftir. Bu amaçla, biz monolayers sabit boncuk düzenli olarak üçgen veya ikinci dereceden yapılandırmaları göre düzenlenmiş oluşan düzenli geometrileri, kullanın. Kullandığımız normal yüzeylerde benzer uygulamalarda gibi şablon derlemenin mikrosıvısal deneyleri49, kendinden montajlı microdevices sınırlı yapısal geometrileri50 veya içsel parçacıkların parçacık kaynaklı bulunur mikro51taşıma. Daha da önemlisi, düzenli yüzeylerde kullanarak bize yerel geometri ve yönlendirme etkisini vurgulamak için ve herhangi bir dubiety mahalle rolü hakkında önlemek için izin verir.

Laminar akış kritik kalkanlar sayısı sadece substrat küreler arasında ve böylece boncuk maruz akışı38Tarih aralığı bağlı olarak % 50 oranında artış gözlendi. Benzer şekilde, kritik kalkanlar numarasını bulduk bağlı olarak yüzey akış yönü38yönünü ikinin katları kadar tarafından değiştirilmiş. Onlar üç parçacık çapı41yakın olsaydı hareketsiz komşular yalnızca mobil boncuk başlangıcı etkiler fark ettik. Deney bulgular tarafından tetiklenen, biz son zamanlarda sürünen akış sınırı40yılında kritik kalkanlar sayısı tahmin titiz analitik modeli sundu. Modeli son derece gizli boncuk maruz hareket başlangıcı kapsar.

Bu el yazması bölümünün ilk Reynolds sayısı, Re * kesme, önceki çalışmalarda kullanılan deneysel işlemin açıklaması ile ilgilenir, 1'den daha düşük. Laminar akış paralel bir yapılandırma ile dönüş rheometer ile indüklenen. Bu düşük Reynolds sayı sınırı, parçacık herhangi bir hız dalgalanması20 yaşamaya olmaması ve sistem parçacık viskoz alt katmanı içinde nerede sular altında sözde hidrolik pürüzsüz akışı eşleştirir.

Laminar akış yeni başlayan hareket kurulduktan sonra türbülans rolünün daha net hale gelebilir. Bu fikir tarafından motive, biz roman deneysel bir işlem Protokolü'nün ikinci bölümünde tanıtmak. Bir Göttingen düşük hızlı Rüzgar tüneli numarasını bir geniş aralığı, Re hidrolik geçiş akış ve çalkantılı rejimi de dahil olmak üzere * olarak belirlenebilir kritik kalkanlar açık jet test bölümü ile kullanarak. Deneysel sonuçlar nasıl kuvvetler ve tork bir parçacık bağlı olarak substrat geometri türbülanslı akış nedeniyle hareket hakkında önemli bilgiler sağlayabilir. Ayrıca, bu sonuçlar bir kriter olarak, yüksek Re * daha gelişmiş modeller için laminar akış, son eser yarı olasılıkçı modelleri52 beslemek için veya son sayısal modeller53doğrulamak için kullanılmıştır benzer bir şekilde kullanılabilir. Biz, Re * 150 40 arasında değişen temsilcisi bazı uygulama örnekleri mevcut.

Yeni başlayan ölçütü sonraki ilk denge pozisyonundan parçacık tek hareket olarak kurulur. Görüntü işleme hareket, Yani başlangıcı modu belirlemek için kullanılan haddeleme, sürgülü,39,41kaldırma. Bu amaca yönelik el ile işaretlenen mobil küreler dönüş açısını algılanır. Algoritma işaretleri konumunu izler ve küre merkezi ile karşılaştırır. Deneyler ön bir dizi kritik kalkanlar numarası bağımsız set-up ve göreli akış düşeydeki konumları sonlu boyutu etkileri kalır netleştirmek için her iki deneysel set-up yapılmıştır. Deneysel yöntemleri böylece kritik kalkanlar numarayı ötesinde Re * ve tortu yatağın geometrik özellikleri bağımlı başka bir parametre dışlamak için tasarlanmıştır. Re * farklı sıvı-parçacık bileşimlerini kullanarak zengindir. Kritik kalkanlar sayısı mezar derecesi bir fonksiyonu olarak karakterize Equation 01 , Martino ve ark. tarafından tanımlı 37 olarak Equation 02 nerede Equation 03 yaslanmak, hangi hareket kritik açı oluşur54, Yani açısıdır ve Equation 04 etkili bir şekilde akışına maruz kesit alanı arasındaki oran olarak tanımlanan etkilenme derecesi Mobil boncuk toplam kesit alanı için.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. yeni başlayan parçacık çekimde sürünen akış sınırı.

Not: Bu belirli bir uygulama için değiştirilmiş bir dönme rheometer ölçümleri yapılmaktadır.

  1. Rheometer hazırlanıyor.
    1. Hava ikmal rheometer için hava yatakları zarar görmesini önlemek için bağlayın. Sistem yaklaşık 5 'er bardan oluşan bir basınç elde kadar yanı sıra hava filtreleri Vanayı aç.
    2. Sıvı sirkülatörün ölçüm plaka bağlayın. Peltier öğesinin hortumlar için rheometer bağlı olduğundan emin olun. Sıvı sirkülatörün geçin ve istenilen sıcaklık (20 ° C) ayarlayın.
    3. Rheometer üzerinde düzenli substrat içeren özelleştirilmiş konteyner bağlayın.
      1. Konteyner dışında düzenli substrat al ve yüzeyi dikkatlice distile su ile temizleyin. Yüzey temizlik bezi bir lens ile kuru ve olası arta kalan toz bir üfleyici ile kaldırın.
        Not: Normal yüzeylerde monolayers 15 x 15 mm2 (405.9 ± 8,7) µm küresel soda kireç cam boncuk inşa vardır.
      2. 0.4 mm kalınlıkta çift taraflı bant kullanarak, substrat merkezidir 21 mm dönüm eksenden uzaklığı olarak konteyner sağlanması içine düzenli substrat düzeltmek.
      3. Özelleştirilmiş bağdaştırıcı rheometer tabağa yerleştirin.
      4. Özelleştirilmiş dairesel konteyner plaka düz ön bölümünde yan kaydı için tasarlanmış görüntüleme sistemi karşı karşıya olduğu sağlanması içine monte.
        Not: Konteyner su seviyesi (0.6 mm/m) ile tamamen yatay olduğundan emin olun. Bu amaçla su seviyesi kapsayıcıda izinleri paralel cihazın arkasına koyun ve rheometer ayarlanabilir ayaklar ile seviyesi. Su seviyesi 90 derece dönüş yordamı yineleyin.
    4. Rheometer üzerinde geçiş. Önyükleme yordamı tamamlandıktan ve "Tamam" durum aygıt ekranda görüntüleninceye kadar bekleyin.
    5. Bilgisayar ve rheometer yazılım başlatın. Rheometer başlatmak ve sıcaklık kontrolü yazılım Denetim Masası'ndan istenen değere (20 ° C).
    6. Özelleştirilmiş ölçüm sistemi monte. Set-up sıfır boşluk--dan belgili tanımlık bilgisayar yazılımı.
      Not: sıfır boşluk ayarlamadan önce yüzey üzerinde hareket eden hiçbir boncuk vardır ve substrat sınırları değil bükük emin olun. Sıfır-gap kurma bir hata hesaplama Giyotin sistematik bir hataya götürecek oranı ve bu nedenle kritik kalkanlar sonraki ölçüm sayısı. Mutlak bir belirsizlik 0,05 mm boşluk genişliği kritik kalkanlar sayısı hesaplanırken kabul edilir.
    7. 30 mm Ölçüm plakasına kaldırın ve çıkarın.
    8. Konteyner 100 mPa·s silikon yağı yaklaşık 70 mL ile doldurulması. Konteyner sıvı düzeyi 2 mm kalmasını sağlamak. Silikon yağı şeffaf plaka üst kısmındaki kapatır değil. Termal denge için yaklaşık 15-20 dakika bekleyin. Bu süre içinde görüntüleme sistemleri (bkz. Adım 2 protokolü üzerinden) ayarlayın.
      Not: (295.15 ± 0.5) için sabit sıcaklık K burada, Peltier bir öğe için rheometer bağlı ve bir dış termometre ile ölçülen ile denetlenir. Dalgalanmaları daha az 0.5 k deneyler sırasında gözlenmektedir.
  2. Görüntüleme sistemi ayarlama.
    1. 300 W Arc ksenon lamba üzerinde geçiş. Kapsayıcı şeffaf duvarlar yandan boncuk aydınlatmak için esnek ışık Kılavuzu ayarlayın.
    2. Belgili tanımlık substrate güçlü ışık yansıması önlemek için LED ışık yoğunluğunu ayarlayın.
    3. Şeffaf ölçüm plaka ile üstten parçacık hareket kaydetmek için tasarlanmış görüntüleme sistemi ayarlayın.
      1. Başlangıç bilgisayardan görüntüleme yazılımı ve tek renkli profili Başlat iletişim kutusundan seçin.
      2. 768 x 576 CMOS kamera üst kapsayıcı yüklü görüntüleme sisteminin açın. Canlı video başlayın.
      3. Görüntünün ortasında belgili tanımlık substrate ortasında daha önce işaretlenmiş başvuru konumu görünene kadar yatay konumlama sahne ayarlayın.
      4. Yüzey üzerinde odaklanmak için dikey konumlandırma sahne ayarlayın.
      5. Dikkatle (405.9 ± 8,7) µm işaretli soda kireç cam kürenin yer.
      6. İşaretleri en az biri boncuk yarıçapı yaklaşık % 75 olarak yerleştirilir veya dönüş ekseni üzerinden daha büyük olduğundan emin olun. Yoksa, el ile ölçme plaka boncuk sonraki denge konumuna hareket ulaşmak için hareket ( Şekil 2(a) bir referans olarak bakın).
        Not: hareket sırasında doğru izleme sağlamak için mobil boncuk ile 45 ° tarafından ayrılmış birkaç noktalar işaretlenir ( şekil 3(a)bakın). Kod dönüş açısını hesaplamak için mark misassignment en aza indirmek için bir basit denetim akış alır. Daha fazla ayrıntı için biz Agudo vd için bakın 201739.
      7. Kamera parametrelerini ayarlamak için iletişim kutusunu açmak ve 30 fps kare hızı ayarlayın. İzler düzgün boncuk çevre--dan ayırt edilir emin olmak için çekim hızı ayarlayın.
        Not: 100 mPa·s bir silikon yağı sular altında soda kireç Cam Küre komşu denge konumuna bir dönüm noktası başlangıç konumundan taşımak için yaklaşık 4 saniye gerekir. Bu nedenle, 30 fps kare hızı az %1 bir belirsizlik izin verir.
    4. Rheometer ölçüm plakasına monte.
    5. Ölçüm mesafe 2 mm için ayarlayın.
      Not: En iyi fotoğraf makinesinin odak biraz pleksiglas plaka varlığı nedeniyle yeniden gerekir.
    6. Şeffaf mikroskop slayt aracılığıyla taraftan parçacık hareket kaydetmek için tasarlanmış görüntüleme sistemi ayarlayın.
      1. 4912 x 3684 CMOS kamera konteyner ve canlı video başlangıç ön yüklü görüntüleme sisteminin açın.
      2. Dikey ve yatay konumlama sahne işaretli boncuk görüntünün merkezinde görünene kadar rheometer için paralel yerleştirilen ayarlayın.
      3. Görüş alanı üst yüzey belgili tanımlık substrate, boncuk ve ölçüm disk alt kısmı içerir kadar modüler zum objektif ayarlayın.
      4. Boncuk üzerinde odaklanmaya rheometer dik yerleştirilmiş yatay konumlama sahne ayarlayın.
      5. Kamera parametrelerini ayarlamak için iletişim kutusunu açmak ve 30 fps kare hızı ayarlayın.
  3. Hareket başlangıcı için kritik dönen hızını belirlemek.
    1. Doğrusal olarak dönüş hızı, n, 0,02 saniye başına 0,05 devrimler ikinci rheometer yazılımını kullanarak başına 0.00025 devrimler küçük artışlarla için artırın.
      1. Ölçüm penceresinde denetim türü için hücreyi çift tıklatın ve hızı 0,02 saniye başına 0,05 devrimler için aralığı düzenlemek.
      2. Zaman ayarını çift tıklatın ve ölçüm sayısını girin puan, 60 ve her ölçüm süresi 5 s.
      3. Dönüş hızı bir fonksiyonu olarak temsil eden bir masayı.
    2. Canlı video üst ve yan kameralardan açın. Düşsel bilgisayar yazılımı kullanma her ikisi fotoğraf makinesi serisinden video kaydetmeye başlamak.
    3. Rheometer yazılımını kullanarak ölçüm başlatın.
      Not: Daha büyük bir adım boyutu ile bir ön deneme adım 1.3.1.1 önce kabaca tahmin etmek hangi-ecek olmak yeni başlayan hareket hız aralığı için önerilir. Dönme ekseni ve 100 mPa·s silikon yağı kullanarak 21 mm uzaklıkta, mesela hızları saniyede yaklaşık 0.035 devrimler döner cam boncuk taşır. Bu nedenle, bir aralıktan 0,02 saniye başına 0,05 devrimler için deneme için uygun görünüyor.
    4. Dikkatle üst veya yan kameradan canlı video bakmak ve boncuk denge konumundan displaces ölçüm durdurur. Hangi komşu denge konumuna separatrix boncuk haçlar hız unutmayın. Ünlü dönen hız kritik dönen hızı, nCtemsil eder. Video dizileri durdurmak.
      Not: adım boyu hız artışı başlangıç konumundan taşımak için komşu bir boncuk gerektirir zaman aralığı sırasında kritik değeri % 1'den fazla içermeyen küçük olduğundan emin olun.
    5. Boncuk özgün konumuna geri yerleştirin. Bu boncuk bir konum geri yerinden kadar el ile dönen plaka taşıma tarafından yapılabilir. Beş kez ortalama kritik hız ve standart sapma belirterek denemeyi tekrarlamak.
    6. Belgili tanımlık substrate ortasına 2 bitişik konumlarda farklı bir işaretli boncuk ile 1.3.1-1.3.5 adımları yineleyin.
  4. Verileri analiz.
    1. Hareket modu belirlemek: daha önce üst veya yan Agudo vd 201739açıklandığı gibi algoritması ile kaydedilen görüntüleri dizisini analiz etmek.
    2. Kritik kalkanlar sayısı ve yamultma Reynolds sayısı belirler.
      1. Kritik kalkanlar numarası aşağıdaki denklem40 almak
        Equation 05(1)
        nerede Equation 06 adım 1.3.4, elde edilen Equation 06 kinematik viskozite, Equation 08 ve Equation 09 parçacık ve sıvı yoğunluğu, sırasıyla, çoğu Equation 10 ağırlık ivme tabi ve Equation 11 mobil boncuk çapı, tüm Onları da bilinir. Equation 12 substrat küre üst mesafe ölçme plaka, Yani olarak tanımlanan boşluk genişliği 2 mm ve r's Radyal mesafe parçacık dönüm eksenden, Yani 21 mm.
      2. Yamultma Reynolds sayısı elde etmek için Re * dayanarak aşağıdaki denklemleri üzerinden kesme hızı:
        Equation 13(2)
    3. 1.1.3 üzerinden farklı bir düzenli substrat kullanarak 1.4.2 için yordamı yineleyin.
    4. Farklı boncuk yoğunlukları ve farklı sıvı viskoziteleri geniş bir Re * 1 sürünen akışı koşullarından karşılamak için kullanın.

2. yeni başlayan parçacık hareket hidrolik geçiş ve kaba çalkantılı rejimi.

Not: Bir özelleştirilmiş düşük hızlı rüzgar-tünel ve açık jet test bölümü, ölçümleri yapılmaktadır Göttingen türü.

  1. Görüntüleme sistemi hazırlanıyor.
    1. Kuadratik yüzey test bölümü ortasında düzeltmek.
    2. Yer 5 mm Alümina boncuk daha önce istenen ilk konumda (110 mm öncü ve yan kenarından 95 mm) olarak işaretlenmiş.
    3. Yüksek hızlı fotoğraf makinesini bilgisayara makro lens birleştiğinde bağlayın ve açın. Hedef boncuk resimdeki temizlenene kadar makro lens ayarlayın.
    4. Bilgisayarda görüntüleme yazılımını başlatın. "Canlı kamera" etkinleþtirin ve "örnekleme oranı" 1000 fps.
    5. LED ışık kaynağı üzerinde geçiş ve yoğunluğu yanı sıra parçacık ve onun işaretleri net bir görüntü elde etmek için fotoğraf makinesinin odak ayarlayabilirsiniz.
      Not: en az bir işaretleri boncuk yarıçapı yaklaşık % 75 olarak yerleştirilir veya dönüş ekseni üzerinden daha büyük olduğundan emin olun ( şekil 3(a) bir referans olarak bakın).
  2. Hareket başlangıcı için kritik fan hızı belirleniyor.
    1. Kritik değeri (yaklaşık 1400 rpm 5 mm Alümina boncuk için) altında fan hızını ayarlar.
    2. Görüntüleme yazılımı üzerinde tetikleyici basarak kaydı başlatın.
    3. Artmak belgili tanımlık hız adımlarla yaklaşık 4-6 devir/dakika, her 10 yeni başlayan hareket oluşana kadar s.
    4. Not kritik hız değeri hangi yeni başlayan hareket, oluşur ve video sıra durdurmak.
    5. Aynı ilk konumda yeni bir işaretli boncuk yerleştirin ve 2.2.1 yordamına 2.2.4 on kere tekrar edin. Her ölçüm için kritik hız unutmayın.
    6. 2.2.1 yordamına 2.2.5 aynı mesafede öncü ama 65 ve 125 mm yan kenarından sırasıyla yineleyin. Her ölçüm için kritik hız unutmayın.
  3. Düz kontak anemometre (CTA) sabit sıcaklık hazırlanıyor.
    1. Hazır olmalarını CTA denetim işlevi ve on yıl direnç 00.00 için ayarlayın. Ana güç anahtarı ve ısınmak yaklaşık 15-20 dk bekleyin.
    2. Kısaltma probu takın ve CTA denetim işlevi direnç ölçümü için geçiş. İğne kırmızı işareti, yerleştirilir kadar sıfır Ohm ayarlayın ve geri denetim işlevi beklemeye geçer.
    3. Kısaltma yoklama minyatür hot-wire sonda ile değiştirin. Geçiş direnci ölçüm CTA denetim işlevine. İğne kırmızı işareti, yerleştirilir kadar direnç anahtarları ayarlamak.
      Not: Ölçülen direnç minyatür sonda soğuk direnç karşılık gelir. Ölçülen değer ile anlaşma (3.32 Ω) üretici tarafından sağlanan değer olmalıdır.
    4. Hazır olun ve dayanıklılık on yıl yaklaşık % 65 söyleyemem oranını elde etmek için 5.5 Ω için ayarlamak için CTA düğmelerin.
    5. CTA ortalama kritik hızda (Adım 2.2.4) frekans cevabı ölçmek.
      1. Fan geçin ve fan dönüş hızı yaklaşık 1400 rpm kritik değerine ayarlayın. Osiloskop üzerinde geçiş.
      2. CTA kare dalga jeneratör açınız.
      3. Bilgisayardaki osiloskop yazılım başlatmak ve veri kaydı etkinleştirmek için CSV modülü açın. Kanal (CH1) seçin ve kayıt veri yani zaman ve voltaj, istenen dosya adıyla kaydedin. Ölçümleri (yaklaşık 3 dakika) bitirene kadar bekle.
        Not: Kesme frekans gerilim seviyesine - 3db kesileceği tepki süresi hesaplanır ( şekil 4(a)bakın).
      4. Kare dalga jeneratör kapatın ve CTA işlev bekleme moduna ayarla.
  4. CTA ayarlama.
    1. CTA düğmelerin işletmek. Böylece özgür akım bölgesinde yer alan sonda plaka uzak yeterli bir yüksekliğe ayarlanır emin olun.
    2. Fan dönüş hızı 200 rpm ayarlayın. Streamwise hızı fan anemometre kullanarak özgür akım bölgesi için tedbir ve gerilim osiloskop üzerinde okuyun.
    3. Yaklaşık 1450 devir/dakika (26 okunma toplam) kadar 50 rpm sabit bir artış ile farklı dönme hızları için 2.4.2 arasındaki adımları yineleyin.
    4. Rpm ve ölçülen ücretsiz-stream streamwise hız, arasında bir ilişki kurmak Equation 14 . Kritik hız elde etmek Equation 15 , her adım 2.2.5-2.2.6 gerçekleştirilen ölçümler için kritik dönüş hızı için karşılık gelen. Ortalama kritik ücretsiz akış hızı hesaplamak Equation 16 ve ölçüleri standart sapması.
    5. Hız ve gerilim bir üçüncü derece polinom uyum göre arasında bir ilişki kurar:
      Equation 17(3)
      Burada, Equation 18 streamwise hızı m/s, ölçülen Equation 04 olduğunu Volt (V), ölçülen gerilim ve Equation 19 uygun katsayıları vardır. Kalibrasyon eğrileri şekil 4(b) önce ve sonra hız profil ölçüleri gösterilir.
  5. Kritik koşullar duvar-normal konumda ile streamwise hız ölçme.
    1. İşaretli boncuk--dan belgili tanımlık substrate kaldırın.
    2. Sıcak tel sondası ilk konuma (110 mm öncü ve yan kenarından 95 mm) yerleştirilmiş olması kadar yatay konumlama Sahne Alanı'nın çark ayarlayın.
    3. Dikkatlice dikey çark ayarlamak sonda yerleştirilir kadar sahne konumlandırma substrat yüzeye mümkün olduğunca yakın. Makro lens birleştiğinde kamera tel substrat yüzeye dokunun değil sağlamak için bkz:. Dijital seviye göstergesi o konumdaki sıfır değerini ayarlayın.
      Uyarı: Sıcak tel çok hassastır ve yüzey dokunursa sona erecek. Güvenlik hatırına, biz substrat küre üst yukarıda 0.05 mm uzaklıkta sonda yer (bkz: şekil 1(e) bir referans olarak). Bu normalleştirilmiş bir duvar-normal bileşeni temsil eder Equation 20 nerede Equation 21 değer, ölçüm başlayarak Equation 22 kesme hızı ve Equation 23 hava sıcaklığı, kinematik viskozite. Başlangıç değerini altındadır Not Equation 24 viskozite baskın55nerede.
    4. Fan dönüş hızı yeni başlayan hareket gerçekleştiği ortalama dönüş hızı için küme, bkz: adım 2.2.4. Ücretsiz akış hızı böylece karşılık gelen Equation 25 .
    5. 1 kSa ve 6000 osiloskop üzerinde örnekleri sayısı için örnekleme hızını ayarlama (Toplam örnekleme süresi 6 s). Kanal (CH1) seçin ve ölçüm başlar. Kayıt verileri istenen dosya adıyla kaydedin. Ölçümleri (yaklaşık 3 dakika) bitirene kadar bekle.
    6. Sonda duvar-normal konumunu bir artışı 0.4 mm kadar 0,01 mm ve 10 mm yüksekliği kadar 0,1 mm bir artışı artırmak. Bu hız profil eğrisi için 137 puan toplam karşılık gelir. Her yükseklik için kaydedilen verileri kaydetmek.
  6. Verileri analiz.
    1. Demek streamwise hız ve çalkantılı yoğunluğu her duvar-normal pozisyon için hesaplar.
      1. İstatistiksel miktarları değerlendirmek için geliştirilen algoritma çalıştırın. Komut dosyası açmak ve Kalibrasyon eğrisi ve depolanan verilere her ölçülen yüksekliği için içeren klasörü seçin.
        Not: Komut dosyası ilk uygun katsayıları EQ 3'te gösterilen kalibrasyon eğrisi üzerinden hesaplar. Her boy, anlık streamwise hız hesaplama Equation 26 tarafından EQ 3 kullanarak ve ayrılmaz zaman ölçeği tarafından otokorelasyon yöntemi56hesaplar. Bundan sonra zaman ortalama hesaplar Equation 27 ve kök kare hızı, Equation 28 , iki kez ayrılmaz zaman zaman ortalama olarak analiz için gerekli tarafından ayrılmış örnekleri için.
      2. Boyutsuz dikey konumunu, arsa Equation 29 boyutsuz streamwise zaman ortalama hız karşı Equation 30 , nerede Equation 31 substrat küre çapı. Arsa Equation 29 boyutsuz kök kare hızı karşı Equation 32 . Şekil 4 (c)-(d) 5 mm Alümina boncuk olgusu için sonuçlar gösteriyor.
    2. Deneysel verilerden kesme hızı hesaplamak.
      1. Logaritmik hız dağıtım57 ile boyutsuz saat ortalama hızı uygun
        Equation 33(5)
        nerede Equation 34 kesme hızı Equation 35 von Kármán'ın sabittir ve Equation 36 kesme Reynolds sayı26bağlıdır bir sabittir. Şekil 4(c) düz çizgiyi zaman ortalama hız için logaritmik bir seçimdir.
        Not: deneysel veriler Sığdır olabilir bu kesme hızı, gösterilen Equation 34 şöyle verilir:
        Equation 37(6)
        nerede Equation 38 Logaritmik uyum katsayısı ve Equation 39 20.
        Viskoz alt katmanı, Equation 40 bizim deneyler substrat alanlarında üst yukarıda kalır. En titiz senaryoda, EQ 5 Rotta20,58tarafından sunulan değiştirilmiş hız yasaların değiştirilmesi gerekir.
        Equation 41(7)
        nerede Equation 42 ve Equation 43 . Equation 40 yaklaşık tarafından hesaplanan viskoz alt katman kalınlığı Equation 44 55.
        Algoritma doğrudan, deneysel verilerin uygun gelen kesme hızı EQ 5 ve EQ 7 için hesaplar. Şekil 4(c) mavi sembollerde uygun deneysel verilere göre EQ 7 temsil etmektedir.
        İtibariyle Re * 70 üzerinde Equation 40 % 5 Mobil boncuk çapı ve bir uyum EQ 5 veya EQ 7 üzerinde bir varyasyon içerir kullanarak temsil eder Equation 22 belirsizlik kabul edilen aralık içinde. Düz çizgi ve şekil 4(c) adlı bir Re * yaklaşık 87,5, mavi semboller karşılaştırın.
    3. Hareket modu belirlemek: daha önce ölü ve ark. 201739açıklandığı gibi algoritması ile taraftan kaydedilmiş görüntüleri dizisini analiz etmek.
    4. Kritik kalkanlar sayısı ve yamultma Reynolds sayısı belirler.
      1. Kritik kalkanlar numarası aşağıdaki denklem22 almak
        Equation 34(8)
        nerede Equation 34 10,2, adımından elde Equation 08 ve Equation 46 parçacık ve sıvı yoğunluğu, sırasıyla, çoğu Equation 10 ağırlık ivme tabi ve Equation 11 mobil boncuk çapı, hepsini bilinen.
      2. Parçacık Reynolds elde numara, Re *, aşağıdaki denklemler:
        Equation 47(9)
      3. Sırasıyla 2.5, öncü aynı mesafede ama 65 ve 125 mm genişlik yönde adım, duvar-normal koordinat bir fonksiyonu olarak hız profili ölçmek için yordamı yineleyin.
      4. 2.1 den farklı boncuk boyut ve düzenli yüzeylerde kullanarak 2.6.4.3 için yordamı yineleyin.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Resim 1 sürünen akış sınırı, Bölüm 1 iletişim kuralının kritik kalkanlar sayısında karakterize etmek için kullanılan deneysel set-up bir kroki temsil eder (bir) . Ölçümler güncellenmiştir döngüsel bir rheometer belirli bir uygulama için yapılmaktadır. 70 mm çapında şeffaf pleksiglas plaka dikkatle paralel bir tabak çapı 25 mm tespit edildi. Atalet ölçüm sistemi bu nedenle önce ölçüm yeniden. 176 mm çapında şeffaf duvarlar ile özelleştirilmiş bir dairesel kap concentrically için rheometer birleştiğinde. Bir dikey kesim açık bölümünde gerçekleştirildi. Bir mikroskop slayt dikkatle görüntüleme geliştirmek için ön bölümünde tespit edildi. Boşluk ayarı profil konteyner varlığı dikkate almak için yeniden. Plaka hız ölçüm başlamadan önce boncuk hareketi önlemek için sıvı arayüzü yakın minimize. Konusu sisteminde tek boncuk optik üst şeffaf plaka üzerinden izlenebilir, bkz: şekil 1(b)veya saydam yanağında yandan, şekil 1(c)bakın. Couette akış profil dönen plaka ve substrat arasında indüklenen. Bu nedenle, kritik kesme hızı tarafından verilen Equation 48 . Buna göre kritik kalkanlar sayısı ve kayma Reynolds sayısı EQ 1 ve EQ 2, olduğu gibi anılan sıraya göre tanımlanabilir. İletişim kuralı Bölüm 2'de kullandığınız set-up şekil 1(d)gösterilmektedir. Özelleştirilmiş bir düşük hızlı rüzgar-tünel ve açık jet test bölümü, ölçümleri yapılmaktadır Göttingen türü. 19 x 25 cm2 normal yüzeylerde test bölümü ortasında yer almaktadır. Fan hızı ve böylece sıvı hız blower fanı bağlı bir frekans çevirici ile düzenlenir. Çalkantılı bir sınır tabaka normal substrat indüklenen. Hız profili sıcak bir tel ile ölçülür minyatür sonda sınır tabaka ölçme için tasarlanmış özel bir sabit sıcaklık anemometre (CTA) birleştiğinde (bkz. şekil 1(e)). Duvar-normal konum, y, yaklaşık 0,01 mm içinde yeniden konumlandırılmış dikey bir sahne ile kontrol edilir. Pozisyon 0,01 mm çözünürlüğe sahip dijital bir seviye göstergesi ile ölçülür. Tam olarak kaba çalkantılı rejim (genellikle Re * > 70), kesme hızı Logaritmik duvar hukuk EQ 559deneysel verilerin bir uyum anlaşılmaktadır olabilir. İçinde hidrolik geçiş rejimi, kesme hızı değiştirilmiş duvar hukuk EQ 758bir uyum anlaşılmaktadır. Kritik kalkanlar sayısı ve kayma Reynolds sayısı kesme hızı eq 8 ve EQ 9, sırasıyla ifade edildiği şekilde elde edilebilir.

Figure 1
Şekil 1: kroki Laminer koşullarında kullanılan deneysel tuzak (a). (405.9 ± 8,7) µm çapı 14 µm üst (b) ve yan (c), sırasıyla görüntülendi aralarında bir boşluk ile aynı büyüklükte küre yaptı Kuadratik yüzey üzerinde hareket eden bir boncuk. Kroki çalkantılı koşulları (d) kullanılan deneysel tuzak. İki telefon boncuk (3.00 ± 0,15) mm ve (5,00 ± 0,25) mm (2.00 ± 0.10) küreler minyatür hot-wire sonda (e) yakın mm arasındaki boşluğu ile ikinci dereceden bir yüzey üzerinde dinlenme. Sonda substrat küre üstünden yaklaşık 0.05 mm uzaklıkta yer alıyor. Resim 1 (d) Agudo vd. 2017a39, AIP yayımlama izni ile yeniden oluşturulur. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

İşaretli boncuk analiz eder bir görüntü işlemi yordamı hareket başlangıcı, boncuk dönüş açısını hesaplamak için önceki çalışmalar39 , geliştirilmiştir. Şekil 2 ve şekil 3 tasvir uygulanabilirliği örneklerini Laminer, Re * 0,06 ve çalkantılı koşulları, Re * = 87.5, sırasıyla =. İşaretli küreler kullanarak, aynı kritik kalkanlar sayısı boncuk ölçüm belirsizlik içinde işaretleri olmadan gelince elde edilen. Açıkgöz kenar algılama ve Hough transform bağlı olarak, göreli belirsizlikler 1,2 ve %439arasında değişen boncuk tanımak mümkün bir alışkanlıktır. Döndürme açısı bir gri ölçekli eşik dayalı işaretleri izleme tarafından belirlenir. Belirsizlik, bu durumda, mutlak 7 ° bağlı olarak görüntüleme sistemi3917 ° arasında değişen değerler kadar artırır. Resim 2(a) - (f) içinde anlık görüntü (405.9 ± 8,7) µm ilk denge konumundan diğerine aynı boncuklar yapılmış bir Kuadratik yüzey üzerinde yerini değiştirerek temsilcisi örnekleri tek cam boncuk için göstermek 14 µm küreler arasında bir boşluk ile büyüklük. Video şeffaf ölçüm sistemi aracılığıyla üst bölüm 1'de açıklandığı gibi kayıt altına alınmış (bkz. Adım 1.2.3). Resim 2 (g) eğik yörünge yer değiştirme sırasında bir fonksiyonu olarak dönüş açısını gösterir Equation 49 boyunca substrat (bkz. Şekil 2(g)iç metin). Yörünge boncuk eğri yol boyunca tarafından iki denge pozisyon mesafe için normalleştirilmiş Equation 50 . Noktalı Resim 2(g) saf haddeleme için açıyı ifade eder. Tek boncuk toplam döndürme açısı için de yaklaşık olarak 140 ° değerindedir saf haddeleme hareket ile çakışacak (140 ± 8.5) ° deneyimleri. Haddeleme böylece yeni başlayan hareket modu ve EQ 1 yeni başlayan parçacık hareket tanımlamak için kullanılabilir.

Figure 2
Şekil 2: Snapshots (405.9 ± 8,7) µm çapı Kuadratik yüzey üzerinde işaretli bir boncuk 14 µm, Re * yaklaşık 0,06, bir boşluk ile yeni başlayan hareket sırasında (a)-(f). Kızıl Haç ve yeşil hat kürenin Merkezi temsil eder ve boncuk dağılımı elde den algoritması, sırasıyla. Mavi daireler işareti geometrik merkezi yörünge temsil eder. Soldan sağa doğru akar. Anlık görüntüler, ölü çoğaltılamaz ve ark (2017) bir39, AIP yayımlama izni ile. İki denge pozisyonlar (g) boyunca eğik yörünge bir fonksiyonu olarak dönüş açısını. Anlık görüntüleri saat örnekleri diyagramda gösterilen. Noktalı çizgi saf bir haddeleme hareket için döndürme açı belirtir. Resim 2 (g) Agudo yeniden ve ark (2014)41, AIP yayımlama izni ile. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 3(b) - (e) içinde anlık görüntü (5 ± 0,25) mm yerinden dört pozisyon için bir Alümina boncuk örneği (2.00 ± 0.10) küre boşluksuz aralarında mm ile yapılan bir Kuadratik yüzey üzerinde tasvir. Video olarak bölümde (bkz. Adım 2.2.1-2.2.4) 2 taraftan kayıt altına alınmış. Ölçülen açı ile yaklaşık olarak ilk iki denge konumu kapsayan bir yol boyunca teorik bir kabul eder (bkz. şekil 3(g)). Bu nedenle, inişli çıkışlı yeni başlayan hareket modu olduğu varsayılır ve eq 8 kritik kalkanlar sayıyı hesaplamak için kullanılabilir. İkinci denge konumu sonra ancak, ölçülen döndürme açısını saf haddeleme hareket--dan sapma gibi görünüyor. Kırmızı satır Resim 3(f) , boncuk yörünge yüzey üzerinde yaklaşık 17 pozisyonları uzun bir yol sırasında temsil eder. Yörünge bunu nasıl parçacık yüzey boyunca onun hareket sırasında küçük uçuşlar deneyimleri ayırt edilebilir.

Figure 3
Şekil 3: Snapshots (5,00 ± 0,25) işaretli bir boncuk yeni başlayan hareket sırasında mm çap, Re * yaklaşık 87,5, küreler arasındaki boşluğu ile ikinci dereceden substrat üzerine (a) - (e). Kızıl Haç ve yeşil hat kürenin Merkezi temsil eder ve boncuk dağılımı elde den algoritması, sırasıyla. Mavi daireler işareti geometrik merkezi yörünge temsil eder. (F) kırmızı haçlar boncuk Merkezi boyunca substrat boyunca yaklaşık 17 pozisyonlar yörüngesini temsil eder. Soldan sağa doğru akar. Dört denge pozisyon (g) boyunca eğik yörünge bir fonksiyonu olarak dönüş açısını. Anlık görüntüleri saat örnekleri diyagramda gösterilen. Noktalı çizgi saf bir haddeleme hareket için döndürme açı belirtir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 4 (a) (5 ± 0,25) Alümina boncuk için kritik ücretsiz-stream hızda CTA frekans cevabı tahmin etmek için kare dalga test gösterir mm (bkz. Adım 2.3.5). Gerilim 97 oranında düşmesi için gereken süreyi Equation 51 , buna göre hakkında 0.1 Bayan olduğunu tarafından verilen Frekans tepkisi Equation 52 60, sonuç yaklaşık 7.7 kHz. Şekil 4(a), bu undershoot de % 15 altında en yüksek yanıt kalır ayırt edilebilir. Bu gösterir CTA parametreleri, aşırı ısınma oranı da dahil olmak üzere düz kontak, düzgün takip61vardır. Kalibrasyon için açıklayıcı örnek gösterilir, şekil 4(b) (kırmızı kareler) önce ve sonra hız ölçümleri (siyah daireler) profil eğrileri. Her iki eğri herhangi bir değişiklik deneme sırasında meydana geldiğini belirterek birbirleriyle çakışıyor. (5 ± 0,25) Alümina boncuk için mm, zaman ortalama hız ve kök kare hızı normalleştirilmiş duvar-normal bileşene şekil 4(c) ve 4(d), bir fonksiyonu olarak sırasıyla çizilir. 2.5.1 adım Protokolü'nün 2.6.1 için açıklandığı gibi elde edilir. Her iki hızları ile kritik ücretsiz akış hızı normalleştirilmiş. Maksimum değerden Equation 32 , ölçülen viskoz alt katman kalınlığı yaklaşık 0,25 mm olan gösterilebilir. Mavi çizgili bir uyum Rotta20 tarafından önerilen değiştirilmiş hız kanuna göre veri temsil ederken şekil 4(c) düz çizgi bir uyum Logaritmik hız kanunen EQ 5, deneysel verilere temsil eder , 58, EQ 7. Bu durumda, sadece mobil boncuk çapı %5 viskoz alt katmanı temsil ettiği her iki uyum vardır iyi anlaşma. Buna göre her iki uygun elde edilen kesme hızı 8 oranında daha az farklıdır. Şekil 4 (e) yeni başlayan hareket Valyrakis et al. 201362tarafından belirtildiği gibi enerji kriteri açısından dalgalanan güçlerinin eylem gösterir. Düz çizgiyi anlık streamwise hız, küp geçici tarihinin bir kısmını gösterir Equation 53 , substrat üzerinden yarım mobil Alümina boncuk çapı olarak ölçülmüş. Hız 25 kSa bu belirli ölçüm için bir örnekleme hızında depolanmıştır. Mavi hat, ortalama hız, küp temsil eder Equation 54 . Valyrakis ve ark. 201163 olduğu gibi hesaplanan kritik hız küp kırmızı noktalı çizgi gösterir

Equation 55(10)

nerede Equation 56 hidrodinamik kitle katsayısı, bizim deneyler, 1'e yaklaşık eşit ve Equation 57 katsayısı olarak Valyrakis ve ark. 201163kabul 0,9 olduğu varsayılır. Equation 58 ve Equation 04 EQ 11 ve 12, sırasıyla gösterildiği gibi hesaplanır. Anlık akışı güç hız62küp doğrusal bir fonksiyonudur. Bu nedenle, üzerinde doruklarına Equation 53 Eğer akışı olayları süresi yeterli62son kritik değer yeni başlayan parçacık hareket için potansiyel bir tetikleyici olarak düşünülebilir. Geliştirilen algoritması kesişim değerlendirerek enerjik akışı olayları süre tahminlerinin ağırlıklarını Equation 53 yatay çizgi ile Equation 59 tüm deney boyunca. Şekil 4' te tasvir açıklayıcı deneyde, 1-2 ms 2.1 ms Maksimum sipariş enerjik akışı olayları süresi kadardır.

Figure 4
Şekil 4: temsilcisi sonuçlar elde sıcak tel CTA hareket Alümina boncuk (5 ± 0,25) başlangıcı, düşük hızlı Rüzgar tüneli testi bölümünde ile küreler arasındaki boşluğu ile ikinci dereceden bir yüzey üzerinde dinlenme mm (a) sonra bir kare dalga testi (b) kalibrasyon eğrileri (kırmızı kareler) önce ve sonra hız profili (siyah daireler) ölçümleri CTA Frekans tepkisi. Düz çizgiyi üçüncü bir polinom eğilim için verileri sığdırmak gösterir. Uygun katsayıları şekil (c) streamwise hız zaman ortalama profil ilave tasvir edilir. Düz çizgi ve mavi semboller Logaritmik ve değiştirilmiş duvar kanun, sırasıyla (d) kök ortalama kare streamwise hız profil içinde küçük bir yükseklik aralığı göre bir uyum gösterir. Ölçülen viskoz alt katmanı 0,25 mm (e) A bölümünü anlık streamwise hız küpün zamansal geçmiş hakkında belgili tanımlık substrate üzerinden yarım mobil Alümina boncuk çapı olarak ölçülür. Mavi çizgili saat ortalama olarak streamwise hız küp gösterir. Kırmızı noktalı çizgi kritik hız küp Valyrakis vd olduğu gibi 201164hesaplanan gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 5 (a) Martino ve ark. 2009 tarafından tanımlanan mezar derecesi bir fonksiyonu olarak kritik kalkanlar numara bağımlılık gösteren Equation 60 37. Kırmızıyla işaretlenen iletişim kuralındaki açıklayıcı örnekler elde edilen eşik simgelerdir. Yaslanmak açısını ve Etkilenme derecesi geometrik düzenli bizim yapılarda birleştiğinde. Yaslanmak açısını analitik aşağıdaki gibi hesaplanabilir:

Equation 61(11)
nerede üst simge Equation 62 üçgen geometrisi ifade eder ve Equation 63 aralığı ile ikinci dereceden geometri başvurduğu Equation 64 küreler arasında. Benzer şekilde, akışına maruz kesit alanı olarak tanımlanan etkilenme derecesi verir:

Equation 65(12)
nerede Equation 66 etkili boncuk yüzeyi arasındaki açı sıfır düzeyi ve dikey eksen açıdır (bkz. şekil 5iç metininin). Üçgen ve aralığı ile ikinci dereceden substrat Equation 64 küreler arasında o bu gösterilebilir:

Equation 67(13)
nerede Equation 68 etkili bir substrat üst aşağıda sıfır düzeyidir (bkz. şekil 5iç metininin). Etkili sıfır düzeyi doğrusal olarak aralığı ile artırır sayısal simülasyonlar sürünen akış sınırı içinde göster Equation 64 : Equation 69 . Daha büyük Re *, etkili sıfır düzeyini sürekli olarak kabul edilir Equation 70 Dey vd. 201264tarafından olarak deneysel olarak gösterildi. Re 40 ve 150 arasında değişen * için yamultma stres hidrolik geçiş akış rejimi içerir değiştirilmiş duvar hukuk kullanarak değişkenden. Katı ve noktalı çizgi deneysel veriler için donatılmış güç eğilimleri vardır. Şekil 5' te gösterildiği gibi bir işlev kısmen parçacık kesme için koruyucu güçlü etkisi mezar derece kritik kalkanlar sayı arttıkça akışı. Bu ikinci dereceden substrat yapılandırmaları ve farklı mobil boncuk çapları için üçgen karşılaştırma içerir. Tortu yatak geometri etkisi daha yüksek Re * sözlü olmak gibi görünüyor. Çıkıntı, kritik kalkanlar numaradan Re * Re * 40 ve 150 arasında değişen değer çok üzerinde 1 kalır aşağıda aynı derecede için.

Figure 5
Şekil 5: kritik kalkanlar sayının bağımlılığını türbülanslı akış koşulları mezar dereceye gelen Laminer. İtibariyle Re * < 1, üçgenler, kareler, daireler ve rhomboids sırasıyla 14, 94 ve 109 µm, bir boşluk ile üçgen ve ikinci dereceden yüzeyler ile elde edilen sonuçlar gösterir. Açık ve sağlam sembolleri temsil deneyler gerçekleştirilen daha az yapışkan ve daha yüksek ile viskoz yağlar, anılan sıraya göre. 40 < Re * < 150, üçgen ve kare belirtmek deneyler yapılan hiçbir aralığı ile üçgen ve ikinci dereceden yüzeyler ile anılan sıraya göre. Siyah, mavi, kırmızı, yeşil ve mor deneyler cam, çelik, alüminyum, Polisitiren Sülfonat ve pleksiglas, sırasıyla gerçekleştirilen gösterir. Veri, Re * < 1 (2012)38, AIP yayımlama izni ile ölü ve ark yeniden üretilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Biz yeni başlayan parçacık hareket tortu yatak geometri bir fonksiyonu olarak karakterize için iki farklı deneysel yöntem mevcut. Bu amaçla, biz düzenli olarak böyle bir şekilde geometrik parametre tek bir geometriye kolaylaştırır bir üçgen veya ikinci dereceden simetri göre düzenlenmiş küreler monolayer kullanın. Sürünen akış sınırı içinde Laminer kesme akışı olduğu gibi önceki çalışmalar39,40,41ikna etmek için döngüsel bir Rotametre kullanıldığı deneysel yöntem açıklanmaktadır. Ön deneyler yeni başlayan hareket substrat Radyal konumu veya yüzey38ters yönde kenarlığını mesafeden gibi sonlu boyutlu etkilerinden bağımsız kaldı gösterdi. Benzer şekilde, kritik kalkanlar numarası bağımsız olarak bir zaman aralığı içinde göreli akış düşeydeki konumları bulundu Equation 71 2 ile 12 arasında değişen ve atalet kadar bağımsız bir Equation 72 yaklaşık 338. Bu değer dönen plaka indüklenen bir ikincil akışı nedeniyle etkileşimler sonucu olarak kritik kalkanlar bir artış gözlenmiştir. Bu faktör en fazla sınırlı Equation 72 için yazının ilk bölümünde açıklanan deneysel bir işlem. İkinci deneysel yöntem hidrolik geçiş ve kaba türbülanslı akış rejimi karşılayacak şekilde tasarlanmıştır. Yamultma stres düşük hızlı Rüzgar tüneli tarafından indüklenen. Belgili tanımlık substrate herhangi bir boyut veya sınır etkisi bağımsız parametreleri bir dizi oluşturmak için 50, 80, 110, 140, öncü 170 ve 200 mm'den mesafelerde çalkantılı sınır tabaka ölçümleri yapılmıştır. Mm, 50, 80, 110 ve 200 sınır tabaka 4 farklı pozisyonlarda genişliği yönde 55, 65, 95 ve 125 mm substrat kenarlarından birini arasında ölçüldü. 140 ve 170 mm, 65 yaş ve 95 mm bir substrat Kenarlık genişliği yönde iki farklı pozisyonlarda sınır tabaka ölçüldü. Tüm ölçümler kritik ücretsiz akış hızı koşulları, gerçekleştirilen Equation 73 bir (5,00 ± için 0,25) mm cam boncuk üzerinde üçgen bir substrat dinlenme yaptı (2.00 ± 0.10) mm boncuk. 80 ile 200 arasında değişen zaman aralığı içinde mm, şekil faktörü arasında değişiyordu 1.3 ve 1.5 arasında çalkantılı sınır57katmanlar için beklendiği gibi. Öncü aynı mesafede hız profilleri birbirleri ile iyi anlaşma %5 için % 10 bağımsız olarak genişliği yönü değişir Logaritmik katsayıları ifşa edildi. Parametreler Açıklama iletişim kuralı seçili aralığı dikkatle kritik kalkanlar kaldı bağımsız olarak herhangi bir sınır etkisi deneysel tuzak sayısı emin olmak için seçilmiş. Bu deneysel her iki yöntem için de geçerlidir.

Yeni başlayan hareket için eşik sırayla yatağın parçacık pozlama gibi geometrik özellikleri bir fonksiyonudur hareket modu bağlıdır. Yüksek Reynolds sayılarında yeni başlayan hareket parçacık akışı6514,son derece maruz Eğer haddeleme tarafından olma ihtimali. Neredeyse tamamen komşular tarafından korunuyor bireysel parçacıklar için ancak, kaldırma daha uygun bir mod14olabilir. Laminer koşulları, durum Asansör güçleri genellikle ihmal edilen16,17,40,44,45,66 ve haddeleme veya sürgülü basitleştirir yeni başlayan hareket için ana mod olduğu varsayılır. Düzgün kritik kalkanlar sayısı yatak geometri bir fonksiyonu olarak karakterize etmek için hareket modu ilk iyice çözümlenmesi gerekir. Bu amaçla, biz bir parçacık hareket kayıt ve biz boncuk39dönüş açısını hesaplar bir görüntü işlem algoritmaları kullanılır. Bu değer olarak saf haddeleme için teorik açı eşleşirse Şekil 2(g) veya şekil 3(g), EQ 1 ve eq 8 Bölüm 1 ve 2 iletişim kuralı kullanarak sayı varılabilir kritik kalkanlar ilk dizi tasvir , sırasıyla. Parçacık pozisyonları ve işaretleri en az adam müdahalelerin çevirme ve sürgülü hareketlerle çalışma için algoritmayı tanımlar. Parçacık izleme bir açıkgöz kenar detektörü ve Hough transform dayanmaktadır. Bu arada sağlam ve güvenilir bir aracı parçalı aktarım işlemleri1,39,67,68eğitim sağlamak için kanıtlanmıştır. Öte yandan, mark algılama basit gri ölçekli eşik üzerinde temel alır. Algoritma ana dezavantajı eşik görüntüleme sistemine bağlı olarak ayarlamalara gidilmesi gerekir olmasıdır. Algoritma hesap geometrik cezalar s işaretleri olmasına rağmen izleme hataları, örneğin, mavi daire gösteren dan görüldüğü gibi farklı eşik seviyeleri ve ışık şiddeti dalgalanmalar, neden daha duyarlı olduğunu şekil 3(e) ve 3(f)anlık görüntüsünü boncuk ortasında bir işareti centroid. Daha fazla uygulamalarda, mark talebiyle izleyen Çerçeveler arasında algılamak için çapraz korelasyon teknikleri kullanmayı öneriyorum. Bu bize bir alt piksel çözünürlük69 elde etmek izin verebilir ve birçok işaretleri mevcut olduğunda açı tespiti artırabilir.

Parçacık eşik için farklı tanımları literatürde bulunur. Laminer koşulları, Bölüm 1'de, kabul gibi kritik kalkanlar sayı hareket başlangıcı için boyutsuz bir parametre olarak genellikle EQ 1, Yani olarak karakteristik kesme stres ile belirtildiği gibi tanımlanan Equation 74 32,34 ,36,70. Galileo sayı olarak boyutsuz diğer parametreleri laminar akış37' da bulunur. Bu seçim, ancak, atalet sürtünme daha alakalı nerede yüksek parçacık Reynolds sayıları yeterli görünebilir. EQ 1'de verilen tanımı geometrik parametre düzenli yapısı40Basitleştirilmiş zaman deterministic modelleme yaklaşımı geçerli olduğunu gösterilmiştir nerede sürünen akış sınırı içinde özellikle yeterli gibi görünüyor. Bu ifade ile anlaşma maksimum standart sapmalar % 5-7 Bölüm 1'de açıklanan deneysel sistem ile ölçüldüğü şekilde sipariş var. Adım 1.4.2.3, tahmini olarak standart sapma rheometer ve dalgalanmalar nedeniyle yerel kusurları substrat veya Boncuk boyutu ile ilişkili rasgele hata karakterize. Hidrodinamik Kuvvetleri dalgalanmalar Re * biri beklenmiyor olduğunu unutmayın. İkinci dereceden substrat boncuk 14 µm arasındaki boşluğu ile kullanarak, bir kritik kalkanlar sayısı 0.040 ± 0,00238için eşit elde edilen. Şekil 5, Yanitüm bireysel ölçüleri dikkate alarak standart sapmayı belirlendi., beş farklı üç farklı yerel pozisyonlarda malzeme her birleşimi için çalışır. Standart sapma bulunur yönteminin doğruluğunu gösteren diğer substrat yapılandırmaları için % 7'e kadar değerleri. Burada sapmalar tel dışında boyutu mesh açıklamasına, değer, yüzeylerde bazen nerede sabit boncuk müstakil boşluklar gibi veya yükseklik değişimleri gibi daha büyük yerel kusurları mevcut. Bir görsel denetim üst ve yan fotoğraf makinesinin bu nedenle ölçüm başlamadan önce önerilir. Yüksek çözünürlüklü lazer 3D baskı, bir alt mikron çözünürlük gerekli olduğu yüzeylerde daha fazla uygulamaları oluşturmak için kullanılabilir.

Boncuk kısmen veya tamamen türbülanslı akış olarak bölüm 2'de kabul maruz kaldığında, en yüksek hız çalkantılı değerleri ve süresinin rolünün yeni başlayan parçacık hareket tanımlamak için çalıştığınızda dikkate alınmalıdır. Dürtü14,71 veya enerji ölçütü62 klasik kalkanlar ölçütü için değerli bir alternatif olarak görünür. Hidrodinamik güç dışında akış yapıları karakteristik zaman ölçeğini düzgün parametrelerini71olmalıdır öneriyorum. Bu amaç için zaman ortalama olarak alır aynı algoritmayı ve kök ortalama kare hızları, enerjik akışı olayları koşula bağlı süre tahminlerinin ağırlıklarını Equation 75 . Şekil 4(e)açıklayıcı deneme için enerjik akışı olayları süresi kalır 1-2 Bayan Order of tarafından verilen bir gerileme katsayısı kullandıysanız Equation 76 EQ 10 olarak Vollmer ve Kleinhans 200713 ya da Ali ve Dey 201620 tarafından önerilen Coleman'ın deneyler72üzerinde değiştirilmiş göre Equation 77 kalır önceki değerin üstündeki ölçülen en uzun kalma süresini azaltır için yaklaşık 1,6 Bayan her durumda, önceki gibi süresi de 10 ms sırasını kalır deneyler Valyrakis, Diplas ve ark. 2013 bir su kanal62' yaptı. Buna ek olarak, algoritma El-Gabry, Thurman vd. 201473 Roach'ın yöntemi74üzerinde dayalı tarafından gösterildiği gibi ayrılmaz uzunluk ölçek belirler. --Dan belgili tanımlık substrate yarım boncuk çapı bir mesafede, yaklaşık 1.5 mm tahmini makro ölçekli uzunluğu ölçektir. Bu yeni başlayan hareket tetiklemek güçlü enerjik olayların en karakteristik bir uzunluğu iki dört parçacık çapı62hakkında olmalıdır gösterilmiştir. Bu deyim böylece bizim düşük hızlı Rüzgar tünelinde indüklenen enerjik olayları yeni başlayan hareket tetiklemek mümkün olmadığını gösterebilir. Biraz şekil 4(e)gösterildiği gibi kritik değeri üzerinde ortalama bir hız ile ve standart sapmalar % 8 aşağıda ile anlaşma bu Equation 73 5 mm boncuk bağımsız olarak deneyler fark gibi malzeme olarak için. Standart sapma Equation 73 hesaplanan içinde adımları 2.2.5-2.2.6 akış parametrelerinin ile aynı zamanda düzenli yüzey üzerinde yerel kusurları ilişkilendirilmiş rasgele dalgalanma bir tahmin sağlar. 5 mm çapında Alümina boncuk için biz elde edilen bir Equation 73 eşit 12.30 ± 0.23 m/s. Bu standart sapma öncü aynı mesafede üç farklı pozisyonlarda 10 bireysel çalışır dikkate alarak tespit edilmiştir. Boncuk 2 mm standart sapma yaklaşık % 14 kadar artırır. Bu sonuçlar ışığında, biz kalkanlar ölçütü eq 8 tanımlandığı gibi kritik bir kalkan numarasıyla yeni başlayan hareket karakterize etmek için kullanmaya karar verdi. Buna ek olarak, sürüklenme olasılığı sunmak yerine, biz kritik kalkanlar sayısı belirli bir değeri temsil eden bir belirsizlik derecesi ile sağlamak için tercih. Kesme hızı değerlendirmek için belirsizlik EQ 6 iki ana kaynağı vardır: Equation 73 ve Equation 78 . Göreli belirsizliğin Equation 73 ölçüleri standart sapma anlaşılmaktadır. Göreli belirsizliğin Equation 78 çalkantılı sınır tabaka ölçümle ilgili. Öncü aynı mesafede, tipik sapmalar uyum katsayısı dizi 5 ila %10 bu sırayla substrat geometri ve boncuk yoğunluğu bağlıdır fan hızına bağlı olarak. Göreli belirsizliğin Equation 78 en muhafazakar analiz % 10 olduğu varsayılır. Buna göre belirsizliği Equation 79 aralıkları arasında 7 ve deneme bağlı olarak % 18. Şekil 5 bulunan hata çubuklarını kalkanlar sayının belirsizlik parçacık çapı ve hava ve parçacık yoğunluğu göreli belirsizlikler de dahil olmak üzere söz konusu analiz uygulandıktan sonra görüntüler.

Deneysel protokol farklı akış rejimleri içinde yeni başlayan parçacık hareket karakterizasyonu mezar derecesi bir fonksiyonu olarak sağlar. Düzenli geometrilerin kullanımını tek bir geometri geometrik faktör basitleştirir ve mahalle rolünün ilgili herhangi bir şüphe önler. Boncuk başlangıç konumundan sonraki denge bir hamle yeni başlayan hareket için kriter gerçekleşmiş demektir. Bir görüntü işleme algoritması kullanımı yeni başlayan hareket modunu açıklar. İletişim kuralı Bölüm 1'de açıklanan deneysel yöntemi Laminer koşulları38,39,40 yeni başlayan önerge üzerinde yerel yatak düzeni güçlü etkisini işaret etmek önceki çalışmalarda kullanılmıştır , 41. sistem, ancak, Re * 3 sınırlıydı. Daha yüksek Re *, biz bize hidrolik geçiş adrese izin veren yeni bir deneysel yöntem ve kaba türbülanslı akış rejimi öneriyoruz. İlginçtir, Basitleştirilmiş bir geometrik parametresiyle birlikte sistem türbülans karakteristiklerini yeni başlayan hareket, 14 ve % 25 arasında değişen bir numarayla kritik kalkanlar belirsizlikler ile karakterize etmek için bize izin verir. Biz, Re * 40 ve 150 arasında değişen uygulama temsilcisi sadece bazı örnekleri mevcut. Araştırma çalışması gelecekteki kapsam olarak Re * daha geniş bir aralıktaki nerede daha az veri literatürde mevcuttur hidrolik geçiş akış rejimi özel vurgu ile kaplı olmalıdır. Benzer şekilde, daha büyük mezar derece deneyler yapılmalıdır. Bu sonuçlar bir kriter olarak daha karmaşık modeller için kullanılabilir. Örneğin, son zamanlarda Ali ve Dey 2016 tarafından önerilen gerçekçi model sadece yakından paketlenmiş tortu boncuk20olgusu için deneysel sonuçlar değişkenden bir engel katsayısı temel alır. Deneysel sonuçlar daha az sürünen akış sınırı içinde ele gibi akışına maruz olan parçacıklar için daha büyük mezar derece modelinin bir ekstrapolasyon tetikleyebilir. Ayrıca, önerilen deneysel yöntem bize yeni başlayan parçacık hareket çalkantılı tutarlı yapılarına rolünü geometrik faktörü güçlü bir basitleştirme ile vurgulamak için izin verebilir. Bu hala kötü literatürde anlaşılmaktadır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa yoktur

Acknowledgments

Yazarlar için değerli tavsiyeler için bilinmeyen hakemler ve Sukyung Choi, Byeongwoo Ko ve Baekkyoung Shin deneyler kadar kurulmasında işbirliği için müteşekkiriz. Bu eser 2017 yılında beyin Busan 21 proje tarafından desteklenmiştir.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
MCR 302 Rotational Rheometer Anton Paar Induction of shear laminar flow
Measuring Plate PP25 Anton Paar Induction of shear laminar flow
Peltier System P-PTD 200 Anton Paar Keep temperature of silicon oils constant in the system at laminar flow
Silicone oils with viscosities of approx. 10 and 100 mPas Basildon Chemicals Fluid used to induced the shear in the particles
Soda-lime glass beads of (405.9 ± 8.7) μm The Technical Glass Company Construction of the regular substrates for laminar flow conditions
Opto Zoom 70 Module 0.3x-2.2x WEISS IMAGING AND SOLUTIONS GmbH Imaging system for recording the bead motion in the rheometer
2 x TV-Tube 1.0x, D=35 mm, L=146.5 mm WEISS IMAGING AND SOLUTIONS GmbH Imaging system for recording the bead motion in the rheometer
UI-1220SE CMOS Camera IDS Imaging Development Systems GmbH Imaging system for recording the bead motion in the rheometer
UI-3590CP CMOS Camera IDS Imaging Development Systems GmbH Imaging system for recording the bead motion in the rheometer
Volpi IntraLED 3 - LED light source  Volpi USA Imaging system for recording the bead motion in the rheometer
Active light guide diameter 5mm Volpi USA Imaging system for recording the bead motion in the rheometer
300 Watt Xenon Arc Lamp Newport Corporation Imaging system for recording the bead motion in the rheometer
Wind-tunnel with open jet test section, Göttingen type  Tintschl BioEnergie und Strömungstechnik AG Induction of turbulent flow
Glass spheres of (2.00 ± 0.10) mm Gloches South Korea Construction of the regular substrates for turbulent flow conditions
Alumina spheres of (5.00 ± 0.25) mm Gloches South Korea Targeted bead for experiments
CTA Anemometer DISA 55M01 Disa Elektronik A/S  Measurement of  flow velocity in the wind tunnel
Miniaure Wire Probe Type 55P15 Dantec Dynamics Measurement of  flow velocity in the wind tunnel
HMO2022 Digital Oscilloscope, 2 Analogue. Ch., 200MHz Rohde & Schwarz Measurement of  flow velocity in the wind tunnel
Phantom Miro eX1 High-speed Camera Vision Research IncVis Imaging system for recording the bead motion in the wind-tunnel
Canon ef 180mm f/3.5 l usm macro lens Canon Imaging system for recording the bead motion in the wind-tunnel
Table LED Lamp Gloches South Korea Imaging system for recording the bead motion in the wind-tunnel

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Groh, C., Wierschem, A., Aksel, N., Rehberg, I., Kruelle, C. A. Barchan dunes in two dimensions: Experimental tests for minimal models. Phys. Rev. E. 78, 021304 (2008).
  2. Wierschem, A., Groh, C., Rehberg, I., Aksel, N., Kruelle, C. Ripple formation in weakly turbulent flow. Eur. Phys. J. E. 25, 213-221 (2008).
  3. Herrmann, H. Dune Formation in Traffic and Granular Flow. , Springer. Berlin. (2007).
  4. Stevanovic, V. D., et al. Analysis of transient ash pneumatic conveying over long distance and prediction of transport capacity. Powder Technol. 254, 281-290 (2014).
  5. Fan, F. -G., Soltani, M., Ahmadi, G., Hart, S. C. Flow-induced resuspension of rigid-link fibers from surfaces. Aerosol. Sci. Tech. 27, 97-115 (1997).
  6. Burdick, G., Berman, N., Beaudoin, S. Hydrodynamic particle removal from surfaces. Thin Solid Films. , 116-123 (2005).
  7. Chang, Y. Laboratory investigation of flume traction and transportation. Proceedings of the American Society of Civil Engineers. , 1701-1740 (1939).
  8. Paintal, A. A stochastic model of bed load transport. J. Hydraul. Res. 9, 527-554 (1971).
  9. Mantz, P. A. Incipient transport of fine grains and flakes by fluids-extended shield diagram. J. Hydr. Eng. Div.-Asce. 103, (1977).
  10. Yalin, M. S., Karahan, E. Inception of sediment transport. J. Hydr. Eng. Div.-Asce. 105, 1433 (1979).
  11. Kuhnle, R. A. Incipient motion of sand-gravel sediment mixtures. J. Hydraul. Eng. 119, 1400-1415 (1993).
  12. Marsh, N. A., Western, A. W., Grayson, R. B. Comparison of methods for predicting incipient motion for sand beds. J. Hydraul. Eng. 130, 616-621 (2004).
  13. Vollmer, S., Kleinhans, M. G. Predicting incipient motion, including the effect of turbulent pressure fluctuations in the bed. Water Resour. Res. 43, (2007).
  14. Valyrakis, M., Diplas, P., Dancey, C. L., Greer, K., Celik, A. O. Role of instantaneous force magnitude and duration on particle entrainment. J. Geophys. Res.-Earth. 115, (2010).
  15. Dey, S., Ali, S. Z. Stochastic mechanics of loose boundary particle transport in turbulent flow. Phys. Fluids. 29, 055103 (2017).
  16. Wiberg, P. L., Smith, J. D. Calculations of the critical shear stress for motion of uniform and heterogeneous sediments. Water Resour. Res. 23, 1471-1480 (1987).
  17. Ling, C. -H. Criteria for incipient motion of spherical sediment particles. J. Hydraul. Eng. 121, 472-478 (1995).
  18. Dey, S. Sediment threshold. Appl. Math. Model. 23, 399-417 (1999).
  19. Bravo, R., Ortiz, P., Pérez-Aparicio, J. Incipient sediment transport for non-cohesive landforms by the discrete element method (DEM). Appl. Math. Model. 38, 1326-1337 (2014).
  20. Ali, S. Z., Dey, S. Hydrodynamics of sediment threshold. Phys. Fluids. 28, 075103 (2016).
  21. Yalin, M. S. Mechanics of sediment transport. , Pergamon Press. California. (1977).
  22. Graf, W. H., Sueska, L. Sediment transport in steep channels. Journal of Hydroscience and Hydraulic Engineering. 5, 233-255 (1987).
  23. Recking, A. An experimental study of grain sorting effects on bedload. , Lyon. Doctor in Sciences thesis, Institut National des Sciences Appliques de Lyon (2006).
  24. Roušar, L., Zachoval, Z., Julien, P. Incipient motion of coarse uniform gravel. J. Hydraul. Res. 54, 615-630 (2016).
  25. Miller, R. L., Byrne, R. J. The angle of repose for a single grain on a fixed rough bed. Sedimentology. 6, 303-314 (1966).
  26. Fenton, J., Abbott, J. Initial movement of grains on a stream bed: the effect of relative protrusion. Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 352, 523-537 (1977).
  27. Kirchner, J. W., Dietrich, W. E., Iseya, F., Ikeda, H. The variability of critical shear stress, friction angle, and grain protrusion in water-worked sediments. Sedimentology. 37, 647-672 (1990).
  28. Armanini, A., Gregoretti, C. Incipient sediment motion at high slopes in uniform flow condition. Water Resour. Res. 41, (2005).
  29. Chin, C., Chiew, Y. Effect of bed surface structure on spherical particle stability. J. Waterw. Port Coast. 119, 231-242 (1993).
  30. Whitehouse, R., Hardisty, J. Experimental assessment of two theories for the effect of bedslope on the threshold of bedload transport. Mar. Geol. 79, 135-139 (1988).
  31. Buffington, J. M., Montgomery, D. R. A systematic analysis of eight decades of incipient motion studies, with special reference to gravel-bedded rivers. Water Resour. Res. 33, 1993-2029 (1997).
  32. Charru, F., Mouilleron, H., Eiff, O. Erosion and deposition of particles on a bed sheared by a viscous flow. J. Fluid Mech. 519, 55-80 (2004).
  33. Loiseleux, T., Gondret, P., Rabaud, M., Doppler, D. Onset of erosion and avalanche for an inclined granular bed sheared by a continuous laminar flow. Phys. Fluids. 17, 103304 (2005).
  34. Charru, F., Larrieu, E., Dupont, J. -B., Zenit, R. Motion of a particle near a rough wall in a viscous shear flow. J. Fluid Mech. 570, 431-453 (2007).
  35. Ouriemi, M., Aussillous, P., Medale, M., Peysson, Y., Guazzelli, É Determination of the critical Shields number for particle erosion in laminar flow. Phys. Fluids. 19, 061706 (2007).
  36. Lobkovsky, A. E., Orpe, A. V., Molloy, R., Kudrolli, A., Rothman, D. H. Erosion of a granular bed driven by laminar fluid flow. J. Fluid Mech. 605, 47-58 (2008).
  37. Martino, R., Paterson, A., Piva, M. Onset of motion of a partly hidden cylinder in a laminar shear flow. Phys. Rev. E. 79, 036315 (2009).
  38. Agudo, J., Wierschem, A. Incipient motion of a single particle on regular substrates in laminar shear flow. Phys. Fluids. 24, 093302 (2012).
  39. Agudo, J., et al. Detection of particle motion using image processing with particular emphasis on rolling motion. Rev. Sci. Instrum. 88, 051805 (2017).
  40. Agudo, J., et al. Shear-induced incipient motion of a single sphere on uniform substrates at low particle Reynolds numbers. J. Fluid Mech. 825, 284-314 (2017).
  41. Agudo, J., Dasilva, S., Wierschem, A. How do neighbors affect incipient particle motion in laminar shear flow? Phys. Fluids. 26, 053303 (2014).
  42. Seizilles, G., Lajeunesse, E., Devauchelle, O., Bak, M. Cross-stream diffusion in bedload transport. Phys. Fluids. 26, 013302 (2014).
  43. Seizilles, G., Devauchelle, O., Lajeunesse, E., Métivier, F. Width of laminar laboratory rivers. Phys. Rev. E. 87, 052204 (2013).
  44. Hong, A., Tao, M., Kudrolli, A. Onset of erosion of a granular bed in a channel driven by fluid flow. Phys. Fluids. 27, 013301 (2015).
  45. Derksen, J., Larsen, R. Drag and lift forces on random assemblies of wall-attached spheres in low-Reynolds-number shear flow. J. Fluid Mech. 673, 548-573 (2011).
  46. Happel, J., Brenner, H. Low Reynolds Number Hydrodynamics: With Special Applications to Particulate Media. , Martinuis Nijhoff. The Hague. (1983).
  47. Lajeunesse, E., et al. Fluvial and submarine morphodynamics of laminar and near-laminar flows: A synthesis. Sedimentology. 57, 1-26 (2010).
  48. Aussillous, P., Chauchat, J., Pailha, M., Médale, M., Guazzelli, É Investigation of the mobile granular layer in bedload transport by laminar shearing flows. J. Fluid Mech. 736, 594-615 (2013).
  49. Thompson, J. A., Bau, H. H. Microfluidic, bead-based assay: Theory and experiments. J. Chromatogr. B. 878, 228-236 (2010).
  50. Sawetzki, T., Rahmouni, S., Bechinger, C., Marr, D. W. In situ assembly of linked geometrically coupled microdevices. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105, 20141-20145 (2008).
  51. Amini, H., Sollier, E., Weaver, W. M., Di Carlo, D. Intrinsic particle-induced lateral transport in microchannels. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109, 11593-11598 (2012).
  52. Soepyan, F. B., et al. Threshold velocity to initiate particle motion in horizontal and near-horizontal conduits. Powder Technol. 292, 272-289 (2016).
  53. Deskos, G., Diplas, P. Incipient motion of a non-cohesive particle under Stokes flow conditions. International Journal of Multiphase Flow. , (2017).
  54. Julien, P. Y. Erosion and sedimentation. , Cambridge University Press. Cambridge. (2010).
  55. Jimenez, J. Turbulent flows over rough walls. Annu. Rev. Fluid Mech. 36, 173-196 (2004).
  56. O’neill, P., Nicolaides, D., Honnery, D., Soria, J. 15th Australasian Fluid Mechanics Conference. , The University of Sydney. 1-4 (2006).
  57. Schlichting, H. Boundary-Layer Theory. , McGraw-Hill. New York. (1979).
  58. Rotta, J. Das in wandnähe gültige Geschwindigkeitsgesetz turbulenter Strömungen. Arch. Appl. Mech. 18, 277-280 (1950).
  59. Schlichting, H., Gersten, K., Krause, E., Oertel, H. Boundary-layer theory. 7, Springer. (1955).
  60. Bruun, H. H. Hot-wire anemometry-principles and signal analysis. , Oxford: University Express. Oxford. (1995).
  61. Fan, D., Cheng, X., Wong, C. W., Li, J. -D. Optimization and Determination of the Frequency Response of Constant-Temperature Hot-Wire Anemometers. AIAA J. , 1-7 (2017).
  62. Valyrakis, M., Diplas, P., Dancey, C. L. Entrainment of coarse particles in turbulent flows: An energy approach. J. Geophys. Res.-Earth. 118, 42-53 (2013).
  63. Valyrakis, M., Diplas, P., Dancey, C. L. Entrainment of coarse grains in turbulent flows: An extreme value theory approach. Water Resour. Res. 47, (2011).
  64. Dey, S., Das, R., Gaudio, R., Bose, S. Turbulence in mobile-bed streams. Acta Geophys. 60, 1547-1588 (2012).
  65. Wu, F. -C., Chou, Y. -J. Rolling and lifting probabilities for sediment entrainment. J. Hydraul. Res. 129, 110-119 (2003).
  66. Leighton, D., Acrivos, A. The lift on a small sphere touching a plane in the presence of a simple shear flow. Z. Angew. Math. Phys. 36, 174-178 (1985).
  67. Tuyen, N. B., Cheng, N. -S. A single-camera technique for simultaneous measurement of large solid particles transported in rapid shallow channel flows. Exp. Fluids. 53, 1269-1287 (2012).
  68. Gollin, D., Bowman, E., Shepley, P. Methods for the physical measurement of collisional particle flows. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 26, 012017 (2015).
  69. Amon, A., et al. Focus on Imaging Methods in Granular Physics. Rev. Sci. Instrum. 88, (2017).
  70. Mouilleron, H., Charru, F., Eiff, O. Inside the moving layer of a sheared granular bed. J. Fluid Mech. 628, 229-239 (2009).
  71. Diplas, P., et al. The role of impulse on the initiation of particle movement under turbulent flow conditions. Science. 322, 717-720 (2008).
  72. Coleman, N. L. A theoretical and experimental study of drag and lift forces acting on a sphere resting on a hypothetical streambed. International Association for Hydraulic Research, 12th Congress, proceedings. 3, 185-192 (1967).
  73. El-Gabry, L. A., Thurman, D. R., Poinsatte, P. E. Procedure for determining turbulence length scales using hotwire anemometry. , NASA Technical Reports NASA/TM-2014-218403 (2014).
  74. Roach, P. The generation of nearly isotropic turbulence by means of grids. Int. J. Heat Fluid Fl. 8, 82-92 (1987).

Tags

Mühendisliği sayı: 132 taneli akışı parçacık/akışkan akışı Sediment taşıma yeni başlayan hareket
Görsel olarak bağlı normal yüzeylerde yeni başlayan parçacık çekimde karakterizasyonu: çalkantılı koşullarına Laminer üzerinden
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Agudo, J. R., Han, J., Park, J.,… More

Agudo, J. R., Han, J., Park, J., Kwon, S., Loekman, S., Luzi, G., Linderberger, C., Delgado, A., Wierschem, A. Visually Based Characterization of the Incipient Particle Motion in Regular Substrates: From Laminar to Turbulent Conditions. J. Vis. Exp. (132), e57238, doi:10.3791/57238 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter