ההשפעות של התחומים צניחה חופשית על בריכה עמוק נוזלי עם נוזל שינו ותנאי השטח Impactor
Summary
פרוטוקול זה מדגים את ההגדרות הבסיסיות ניסיוני עבור המים ערך ניסויים עם כדורים צניחה חופשית. נידונות שיטות משינוי משטח נוזלי עם בדים נחדרת, הכנת כימי ללא הרטבה הספירות, והשלבים לחילוץ ויזואליזציה ונתוני הפתיחה.
Abstract
ההשפעות אנכי של התחומים על מים נקיים כבר הנושא של רבים חקירות כניסה של מים, אפיון היווצרות חלל, התז הכתר ורוחב וורת’ינגטון סילון יציבות. כאן, אנו להקים פרוטוקולים ניסיוני לבחינת הפתיחה dynamics בעת נפילה חופשית חלקה ספירות של wettability בדרגות שונות, מסה, השפעת קוטר פני השטח חינם של בריכת עמוק נוזלי שונה על-ידי בדים נחדרת דק, פיתחה נוזלי. חקירות הזנת מים מספקים ניסויים נגיש, התאספו בקלות, להורג לומד מכניקת הזורמים מורכבים. אנו מציגים בזאת פרוטוקול tunable עבור אפיון גובה הפתיחה, זרימה ההפרדה מדדים, ו impactor קינמטיקה ותוצאות נציג אשר עשוי לרכוש אם מתרבה הגישה שלנו. השיטות ישימות בעת הפתיחה אופיינית מידות להשאר מתחת כ 0.5 m. עם זאת, פרוטוקול זה עשוי להיות מותאם לפסגות שחרור impactor, המהירות, אשר מבשרת טובות לתרגום הימיים תוצאות ויישומים בתעשייה.
Introduction
אפיון dynamics הפתיחה הנובעים אנכי ההשפעות של חפצים מוצקים על בריכת עמוק נוזלי1 ישימה ליישומים צבאיים, ימיים ותעשייתיים כגון טילים בליסטיים השקה הפוסט ו ים משטח נחיתה2, 3,4,5. המחקרים הראשונים של מים ערך נערכו טוב לפני יותר ממאה6,7. כאן, אנו להקים פרוטוקולים ברור מעמיק ו- best practices להשגת תוצאות עקביות לחקירות הזנת מים. כדי לסייע חוקי תכנון ניסויים, שיטה מוצג עבור תחזוקה של תנאים סניטריים, שינוי של התנאים פנים, שליטה על פרמטרים שהוא, שינוי כימי של משטח impactor, והדמיה של splash קינמטיקה.
ההשפעות אנכי של התחומים הידרופילית צניחה חופשית על הנוזל השבתה הדרגתית מראים שום סימן של מלכודת האוויר במהירויות נמוכות8. אנו מוצאים כי המיקום של בדים נחדרת דק על גבי המשטח נוזלים גורמת היווצרות חלל עקב זרימה מאולצת הפרדה1. כמות הדל של בד על פני מגביר להתיז על פני טווח של מספרים וובר מתון בעוד שכבות מספיקות נחלש מתיז הספירות להתגבר על הגרירה-כניסה נוזלים1. במאמר זה, נסביר פרוטוקולים מתאימים להקמת את ההשפעות של חוזק חומרים על כניסת מים הספירות הידרופילית.
חלל ויוצרים פרצים מ הידרופוביות impactors להראות הכתרתה של כתר הפתיחה מפותח, ואחריו בליטה של המטוס העיקרי גבוה מעל פני השטח כאשר לעומת עמיתיהם שלהם מים-חן8. כאן, אנו מציגים גישה להשגת מים repellency דרך כימית שינוי פני השטח של הספירות הידרופילית.
עם כניסתו של מצלמות מהירות גבוהה, ויזואליזציה הפתיחה ואפיון הפכו יותר להשגה. למרות זאת, מבוססת תקנים בתחום קוראים לשימוש של מצלמה בודדת אורתוגונלית לציר הראשי של נסיעות. אנו מראים כי השימוש של מצלמת מהירות גבוהה נוספים עבור תצוגות ממעל יש צורך adjudge הספירות להכות את המיקום המיועד.
Protocol
Representative Results
Discussion
פרוטוקול זה מתאר את תכנון ניסויים ושיטות עבודה מומלצות עבור חקירות של כדורים צניחה חופשית אל בריכת עמוק נוזלי. נתחיל על-ידי סימון השלבים הנחוצים עבור קביעת תצורה של הניסוי על השפעות אנכי. זה חשוב ליצור סביבה הפתיחה האידיאלית עם השימוש ההתזה גדול מספיק כך קיר תופעות זניח9ו סול?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים רוצה להכיר את המכללה האקדמית להנדסה ואת המחשב מדעי (CECS)-אוניברסיטת מרכז פלורידה למימון הפרויקט, יהושע Bom, כריס Souchik עבור התזה דימויים וסמית ניקולס למשוב יקרי ערך.
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 |
References
- Watson, D. A., Stephen, J. L., Dickerson, A. K. Jet amplification and cavity formation induced by penetrable fabrics in hydrophilic sphere entry. Physics of Fluids. 30, 082109 (2018).
- Truscott, T. T. . Cavity dynamics of water entry for spheres and ballistic projectiles. , (2009).
- Truscott, T., Techet, A. Water entry of spinning spheres. Journal of Fluid Mechanics. 625, 135 (2009).
- Techet, A., Truscott, T. Water entry of spinning hydrophobic and hydrophilic spheres. Journal of Fluids and Structures. , 716 (2011).
- Zhao, S., Wei, C., Cong, W. Numerical investigation of water entry of half hydrophilic and half hydrophobic spheres. Mathematical Problems in Engineering. 2016, 1-15 (2016).
- Worthington, A. M., Cole, R. S. Impact with a liquid surface studied by the aid of instantaneous photography. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 137, 137 (1897).
- Worthington, A. M., Cole, R. S. Impact with a liquid surface studied by the aid of instantaneous photography. Paper II. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. , 175 (1900).
- Duez, C., Ybert, C., Clanet, C., Bocquet, L. Making a splash with water repellency. Nature Physics. 3, 180-183 (2007).
- Tan, B. C. W., Thomas, P. J. Influence of an upper layer liquid on the phenomena and cavity formation associated with the entry of solid spheres into a stratified two-layer system of immiscible liquids. Physics of Fluids. 30, 064104 (2018).
- Shin, J., McMahon, T. A. The tuning of a splash. Physics of Fluids. 2, 1312-1317 (1990).
- Krishnan, S. R., Seelamantula, C. S. On the selection of optimum Savitzky-Golay filters. IEEE Transactions on Signal Processing. 61, 380-391 (2013).
- Cheny, J., Walters, K. Extravagant viscoelastic effects in the Worthington jet experiment. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 67, 125-135 (1996).
- Castillo-Orozco, E., Davanlou, A., Choudhur, P. K., Kumar, R. Droplet impact on deep liquid pools: Rayleigh jet to formation of secondary droplets. Physical Review E. 92, (2015).
- Aristoff, J. M., Truscott, T. T., Techet, A. H., Bush, J. W. M. The water entry cavity formed by low bond number impacts. Physics of Fluids. 20, 091111 (2008).
- Aristoff, J., Bush, J. Water entry of small hydrophobic spheres. Journal of Fluid Mechanics. 619, 45-78 (2009).
- Aristoff, J., Truscott, T., Techet, A., Bush, J. The water entry of decelerating spheres. Physics of Fluids. 22, (2010).
- Truscott, T., Epps, B., Techet, A. Unsteady forces on spheres during free-surface water entry. Journal of Fluid Mechanics. 704, 173-210 (2012).
- Truscott, T. T., Epps, B. P., Belden, J. Water entry of projectiles. Annual Review of Fluid Mechanics. 46, 355-378 (2013).
- Gekle, S., Gordillo, J. M. Generation and breakup of Worthington jets after cavity collapse part 1. Journal of Fluid Mechanics. 663, 293-330 (2010).
- Cross, R., Lindsey, C. Measuring the drag force on a falling ball. The Physics Teacher. 169, (2014).
- Cross, R. Vertical impact of a sphere falling into water. The Physics Teacher. , 153 (2016).
- Dickerson, A. K., Shankles, P., Madhavan, N., Hu, D. L. Mosquitoes survive raindrop collisions by virtue of their low mass. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (25), 9822-9827 (2012).
- Dickerson, A. K., Shankles, P., Hu, D. L. Raindrops push and splash flying insects. Physics of Fluids. 26, 02710 (2014).
