बदल द्रव और प्रभाव सतह की स्थिति के साथ एक गहरे तरल पूल पर मुक्त गिरने क्षेत्रों के प्रभावों
Summary
इस प्रोटोकॉल मुक्त गिरने क्षेत्रों के साथ पानी की प्रविष्टि प्रयोगों के लिए बुनियादी प्रयोगात्मक विंयास दर्शाता है । penetrable कपड़े के साथ तरल सतह के परिवर्तन के लिए तरीके, रासायनिक गैर गीला क्षेत्रों की तैयारी, और छप दृश्य और डेटा निष्कर्षण के लिए कदम पर चर्चा कर रहे हैं ।
Abstract
स्वच्छ पानी पर क्षेत्रों के कार्यक्षेत्र प्रभावों कई पानी प्रविष्टि जांच निस्र्पक गुहा गठन, स्पलैश क्राउन उदगम और Worthington जेट स्थिरता का विषय रहा है । यहाँ, हम छप गतिशीलता की जांच के लिए प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल की स्थापना जब चिकनी मुक्त-अलग गीला की गिरती क्षेत्रों, द्रव्यमान, और व्यास प्रभाव पतली penetrable कपड़े और तरल सर्फेक्टेंट द्वारा संशोधित एक गहरी तरल पूल की मुक्त सतह. जल प्रवेश जांच सुलभ, आसानी से इकट्ठा और जटिल द्रव यांत्रिकी के अध्ययन के लिए प्रयोग निष्पादित प्रदान करते हैं । हम निस्र्पक छप ऊंचाई के लिए एक स्वरित्र प्रोटोकॉल वर्तमान, प्रवाह जुदाई मैट्रिक्स, और प्रभाव कीनेमेटीक्स, और प्रतिनिधि परिणाम जो अगर हमारे दृष्टिकोण reproducing प्राप्त किया जा सकता है । तरीके लागू कर रहे है जब विशेषता छप आयाम लगभग ०.५ मीटर नीचे रहते हैं । हालांकि, इस प्रोटोकॉल अधिक से अधिक प्रभाव के लिए अनुकूलित किया जा सकता है रिलीज हाइट्स और प्रभाव वेग, जो नौसेना और उद्योग अनुप्रयोगों के लिए परिणाम के अनुवाद के लिए अच्छी तरह से augurs ।
Introduction
एक गहरे तरल पूल1 पर ठोस वस्तुओं के ऊर्ध्वाधर प्रभावों से उत्पन्न होने वाली छप गतिशीलता के लक्षण वर्णन सैन्य, नौसेना और औद्योगिक अनुप्रयोगों जैसे बैलिस्टिक मिसाइल जल प्रवेश और समुद्र सतह लैंडिंग2के लिए लागू है, 3,4,5. पानी की प्रविष्टि के पहले अध्ययन अच्छी तरह से एक सदी पहले6,7से अधिक आयोजित किए गए । यहां, हम स्पष्ट में गहराई प्रोटोकॉल और पानी की प्रविष्टि जांच के लिए सुसंगत परिणाम प्राप्त करने के लिए सर्वोत्तम प्रथाओं की स्थापना । वैध प्रयोगात्मक डिजाइन सहायता करने के लिए, एक विधि सैनिटरी शर्तों के रखरखाव के लिए प्रस्तुत किया जाता है, चेहरे की स्थिति में परिवर्तन, क्वांटिटी पैरामीटर के नियंत्रण, प्रभाव सतह के रासायनिक संशोधन, और छप कीनेमेटीक्स के दृश्य ।
quiescent द्रव पर मुक्त गिरने हाइड्रोफिलिक क्षेत्रों के ऊर्ध्वाधर प्रभावों हवा के कोई संकेत कम वेग8पर फंसाने दिखाओ । हम पाते है कि तरल पदार्थ की सतह के ऊपर पतली penetrable कपड़े की नियुक्ति मजबूर प्रवाह जुदाई1के कारण गुहा गठन का कारण बनता है । सतह पर कपड़े की एक अल्प राशि उदारवादी वेबर संख्या की एक सीमा भर में छप रहा है जबकि पर्याप्त layering क्षेत्रों के रूप में छप क्षीणन द्रव प्रविष्टि1पर खींचें पर काबू पाने । इस अनुच्छेद में, हम हाइड्रोफिलिक क्षेत्रों के जल प्रवेश पर सामग्री ताकत के प्रभाव की स्थापना के लिए उपयुक्त प्रोटोकॉल की व्याख्या ।
गुहा hydrophobic प्रभाव से बौछार बनाने एक अच्छी तरह से विकसित छप मुकुट, प्राथमिक उच्च सतह के ऊपर जेट की दखलंदाजी जब उनके पानी पसंद8समकक्षों की तुलना के बाद का उदगम दिखाओ । यहां, हम रासायनिक हाइड्रोफिलिक क्षेत्रों की सतह को संशोधित करने के माध्यम से पानी repellency प्राप्त करने के लिए एक दृष्टिकोण प्रस्तुत करते हैं ।
उच्च गति कैमरों के आगमन के साथ, छप दृश्य और लक्षण वर्णन और अधिक प्राप्य हो गए हैं । फिर भी, यात्रा के प्राथमिक धुरी के लिए एक एकल कैमरा ओर्थोगोनल के उपयोग के लिए क्षेत्र कॉल में मानकों की स्थापना की । हम बताते है कि ओवरहेड विचारों के लिए एक अतिरिक्त उच्च गति कैमरे का उपयोग फ़ैसला करना क्षेत्रों इरादा स्थान हड़ताल करने के लिए आवश्यक है ।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस प्रोटोकॉल प्रयोगात्मक डिजाइन और एक गहरी तरल पूल पर मुक्त गिरने क्षेत्रों की जांच के लिए सर्वोत्तम प्रथाओं का वर्णन । हम ऊर्ध्वाधर प्रभावों के लिए प्रयोग को विंयस्त करने के लिए आवश्यक कदम पर प्रकाश …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखक के लिए इस परियोजना के वित्तपोषण के लिए केंद्रीय फ्लोरिडा के विश्वविद्यालय में इंजीनियरिंग और कंप्यूटर विज्ञान (CECS) के कॉलेज स्वीकार करना चाहते हैं, यहोशू Bom और क्रिस Souchik छप कल्पना और बहुमूल्य राय के लिए निकोलस स्मिथ के लिए ।
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).
