Düşen küreler değişmiş sıvı ve Impactor yüzey koşulları ile derin sıvı bir havuzu üzerinde etkileri
Summary
Bu iletişim kuralı ile düşen küreler su giriş deneyler için temel deneysel yapılandırma gösterir. Sıvı yüzeyi geçirgen kumaşlar ile değiştirilmesi, kimyasal olarak ıslatma küreler hazırlanması için yöntemleri ve sıçrama görselleştirme ve veri ayıklama için adımları ele alınmıştır.
Abstract
Temiz su küre dikey etkileri çok sayıda su giriş araştırmalar kavite oluşumu karakterize konu oldu, sıçrama taç yükseliş ve Worthington istikrar jet. Burada, biz ne zaman düzgün düşen değişen wettability, kütle ve çapı etkiye sahip ince edilebilen kumaşlar ve sıvı yüzey tarafından değiştirilmiş bir derin sıvı havuzu ücretsiz yüzeyine yuvar sıçrama dynamics incelenmesi için deneysel protokol kurmak. Su giriş araştırmalar erişilebilir, kolay montajı ve yürütülen deneyler karmaşık akışkanlar mekaniği çalışmak için sağlar. Biz burada splash yüksekliği, akış ayırma ölçümleri ve Impactor kinematik ve yaklaşımımız üreyen elde edilebilir temsilcisi sonuçları karakterize için ayarlanabilir bir iletişim kuralı mevcut. Karakteristik sıçrama boyutları yaklaşık 0,5 m altında kaldığında yöntemleri geçerlidir. Ancak, bu iletişim kuralını hangi kamu sonuçları için deniz çevirmek için iyi daha fazla Impactor yayın yükseklikte ve etkisi hızları, için adapte olabilir ve sanayi uygulamaları.
Introduction
Splash dinamikleri üzerinde derin sıvı havuz1 dikey katı cisimlerin etkilerinden kaynaklanan karakterizasyonu2açılış balistik füze su giriş ve deniz yüzeyi gibi askeri, deniz ve endüstriyel uygulamalar için geçerlidir, 3,4,5. Su girişi ilk çalışmaların bir yüzyıldan daha önce de yapılmıştır6,7. Burada, açık derinlemesine protokolleri ve su girişi araştırmalar için tutarlı sonuçlar elde etmek için en iyi yöntemler kurmak. Geçerli deneysel tasarım yardım etmek için bir yöntem sunulur sıhhi şartları bakımından, interfacial koşulları değiştirme, boyutsuz parametreleri kontrolünü, kimyasal Impactor yüzey modifikasyonu ve sıçrama kinematik görselleştirme için.
Dikey düşen hidrofilik küreler durgun sıvı üzerinde etkileri düşük hızları8‘ de hava-tuzak hiçbir işaret. Bulduğumuz ince edilebilen kumaşlar sıvı yüzey üstüne yerleşimini kavite oluşumu nedeniyle zorunlu akış ayırma1neden olur. Yetersiz miktarda kumaş yüzeyinde yeterli katmanlama üstesinden küreler sıvı giriş1sürüklerken sıçramasına zayıflar iken orta Weber numaraları aralığında sıçramasına güçlendirir. Bu makalede, biz hidrofilik küreler su girişindeki maddi gücü etkileri oluşturmak için uygun iletişim kuralları açıklar.
Kavite sıçramalarına gelen hidrofobik oluşturan bir iyi gelişmiş sıçrama taç yükseliş kırıcılar göstermek birincil jet zaman onların su-sevme karşıtları8‘ e göre yüzey üzerinde çıkıntı izledi. Burada, su iticilik hidrofilik küre yüzeyine kimyasal olarak değiştirme yoluyla elde etmek için bir yaklaşım mevcut.
Yüksek hızlı kameralar ve advent ile splash görselleştirme ve karakterizasyonu daha ulaşılabilir hale gelmiştir. Öyle olsa bile, alanında kurulan Standartlar tek kamera kullanım için seyahat birincil eksenine dik ara. Genel gider görünümler için ek bir yüksek hızlı kamera kullanımı hedeflenen yeri küreler strike hükümvermek için gerekli olduğunu göstereceğiz.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu iletişim kuralı deneysel tasarım ve düşen küre derin sıvı havuzu üzerine araştırmalar için en iyi yöntemler açıklanmaktadır. Biz dikey etkileri denemenin yapılandırmak için gereken adımları vurgulayarak başlar. Önemsiz9ve kinematik12,13,14 ayıklamak için uygun görsel ölçeği duvar etkileri vardır öyle ki yeterince büyük sıçrama bölgesindesiniz kullanımı ile bir ideal sı?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar mühendislik ve Bilgisayar Bilimleri (CECS), merkezi bu proje finansmanı için Florida Üniversitesi Joshua Bom ve Chris Souchik sıçrama görüntü ve Nicholas Smith değerli geribildirim için kabul etmek istiyorum.
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).
