الآثار المترتبة على مجالات وكيبلر في بركة عميقة سائل مع ظروف سطح السائل غيرت والمسبار

Summary

هذا البروتوكول يوضح التكوين التجريبية الأساسية لإجراء التجارب على دخول المياه مع مجالات وكيبلر. وتناقش أساليب لتغيير سطح السائل مع الأقمشة حدودية، وإعداد مجالات غير ترطيب كيميائيا، والخطوات اللازمة لاستخراج البيانات والتصور دفقة.

Abstract

الآثار الرأسي للمجالات المتعلقة بالمياه النظيفة كانت موضوعا للعديد من التحقيقات دخول المياه الذي يتسم به تشكيل تجويف، دفقة أسنشن التاج وورثينجتون جيت الاستقرار. هنا، علينا أن ننشئ البروتوكولات التجريبية لدراسة ديناميات دفقة عند المجالات وكيبلر السلس ويتابيليتي متفاوتة والكتلة، وأثر قطر الحرة سطح بركة عميقة السائل تعديل بواسطة الأقمشة حدودية رقيقة والتوتر السطحي سائلة. التحقيقات دخول المياه توفر تجارب موجوداً وتجميعها بسهولة والمنفذة لدراسة ميكانيكا الموائع المعقدة. نقدم هنا بروتوكولا الانضباطي لوصف الارتفاع دفقة، وتدفق فصل المقاييس، والمسبار الكينماتيكا، والممثل النتائج التي يمكن الحصول عليها إذا كان استنساخ نهجنا. الأساليب قابلة للتطبيق عند أبعاد دفقة مميزة لا تزال أدنى بحوالي 0.5 متر. ومع ذلك، هذا البروتوكول قد يكون تكييفها لآفاق إطلاق المسبار وتأثير السرعات، الذي يبشر بالخير لترجمة النتائج إلى البحرية، والتطبيقات الصناعية.

Introduction

وصف ديناميات دفقة الناشئة عن الآثار العمودي للأجسام الصلبة على تجمع سائل عمق¹ ينطبق على التطبيقات العسكرية والبحرية والصناعية مثل القذائف التسيارية الدخول والبحر سطح الماء تهبط^{2، 3،،}من⁴⁵. أجريت الدراسات الأولى لدخول الماء جيدا قبل أكثر من قرن^6،7. هنا، نحن وضع بروتوكولات واضحة متعمقة وأفضل الممارسات لتحقيق نتائج متسقة للتحقيقات دخول المياه. للمساعدة في تصميم تجريبي صالحة، تقدم طريقة للحفاظ على الظروف الصحية، تغيير ظروف السطح البيني، السيطرة على المعلمات بدون أبعاد، تعديل المواد الكيميائية لسطح المسبار، والتصور من البداية الكينماتيكا.

إظهار الآثار الرأسي لمجالات وكيبلر ماء على السائل هادئة أي علامة على الهواء-فخ في السرعات المنخفضة⁸. ونجد أن وضع الأقمشة حدودية رقيقة فوق سطح السائل يسبب تشكيل تجويف بسبب التدفق القسري الفصل¹. يستفيض كمية ضئيلة من النسيج على السطح المرشوش عبر مجموعة من المعتدلين ويبر أرقام بينما يخفف طبقات يكفي الرش مجالات التغلب على السحب في دخول السوائل¹. في هذه المقالة، نشرح البروتوكولات المناسبة لإنشاء تأثيرات القوة المادية على دخول المياه من المجالات ماء.

إظهار الرواطم الصعود لتاج دفقة متطورة، تليها تجويف تشكيل البقع من مسعور نتوء النفاثة الأولية عالية فوق السطح عند مقارنة نظرائهم تروق المياه⁸. نقدم هنا، نهجاً لتحقيق صد الماء عن طريق تعديل سطح مجالات ماء كيميائيا.

مع ظهور الكاميرات عالية السرعة، والتصور البداية وتوصيف أصبحت أقرب منالاً. وحتى مع ذلك، المعايير المتبعة في المجال الدعوة لاستخدام كاميرا واحدة متعامد على المحور الرئيسي للسفر. ونحن تبين أن استخدام كاميرا عالية السرعة الإضافية للآراء العامة اللازمة لتقرر الإضراب مجالات الموقع المقصود.

Protocol

1-تكوين التجربة بالنسبة للتأثيرات العمودية

1. ملء خزان مياه شفافة لإبعاد حوالي 60 سم × 30 سم × 36 سم (طول × الوزن × العمق) مع 32 لتر الماء وجبل مسطرة متر (النطاق المرئي) عمودياً داخل الحاوية بالقاعدة ترقد السائل، كما هو مبين في الشكل 1 ألف.
   ملاحظة: العمق والعرض من الدبابة يجب أن يكون أكبر من 20 مرة القطر من أكبر المجالات المستخدمة في التجربة للتأكد من آثار الجدار لا يعتد بها⁹. سرعة دخول أكبر من تلك التي وصفها هنا سوف تتطلب التعمق دبابة. ويناقش حجم البصرية المستخدمة في تحديد ارتفاعات قطره والمعايرة لتتبع البرامج في القسم 7.
2. مكان مسطرة متر إضافية تحت الماء، التي يمكن أن تعمل على تكبير الأبعاد. يتم استخدام هذا النطاق المرئي لمعايرة تتبع البرمجيات للقياسات تحت الماء.
3. بناء منصة المعلقة ('إليه الإفراج عن') أن يوقف المجالات أعلاه السائل واستدارة اتجاه نزولي، على تحقيق تسارع عرضية أكبر من الجاذبية في موقع المسبار عندما أفرج عنه، كما هو مبين في الشكل 1 ألف. ويتحقق التناوب السريع عن طريق توصيل منصة المعلقة إلى مركز لعنصر دعم استخدام نطاقات مطاطا. والنتيجة هي المسبار غير معتمد وغير الدورية.
   ملاحظة: مختلق منهاج العمل بسهولة مع الطابعة ثلاثية الأبعاد.
4. لأثر محاكمات، وضع الإبهام قاعدة من منصة المعلقة وقم بتدويرها 90° إلى موضع أفقي لموضع مجالات أعلاه السائل.
   ملاحظة: يتم تشغيل سحب عندما يتم تحرير الإبهام من القاعدة لمنهاج العمل.
5. إلصاق إليه الإفراج عن موقف معوجة، حيث يمكن ضبط الجهاز على ارتفاعات مختلفة.
6. مكان المعوجة الوقوف بجوار الدبابة أن إليه الإفراج داخل نفس الطائرة عمق كمقياس البصرية. إضافة وزن لقاعدة لموقف المعوجة حسب الحاجة لمنع سقوط.
7. ضبط إليه الإفراج عن ارتفاع الحد الأقصى المطلوب إسقاط التجريبية. وهذا ضروري للتصور الأمثل من البداية كما تمت مناقشته في القسم 6 ويضمن خصائص البداية الفائدة دائماً في إطار عرض الكاميرا.
8. إرفاق خفيفة متعددة أدت إلى ذراع توضيح أن الضوء محمل فوق الكاميرا، ينظر إلى منطقة البداية. الإضاءة المحيطة وحدها غير كافية لتسليط الضوء على المشهد في إطار ارتفاع المعدلات المسبق لاستخراج الكينماتيكا دفقة.
   ملاحظة: ابدأ واحد يمكن أن يكون الكثير من الضوء.
9. ضع شاشة سوداء في الجزء الخلفي من خزان المياه للمساعدة في البداية وتجويف التصور كما هو مبين في الشكل 2.
10. مكان حماية الزجاج ممتص الصدمات، مثل الأسفنج خلية مغلقة، في الجزء السفلي من خزان الماء والمقاطع مع الأوزان لمنع الظهور.
    ملاحظة: ارتفاع السائل في الخزان ينبغي أن يكون المجال لا تتفاعل مع امتصاص الصدمات قبل رشة تجويف الجوية قبالة¹⁰.

2-التحكم في أبعاد المعلمات

1. إجراء تجارب مع مجالات السلس للجماهير وأقطار مختلفة. ولهذا الغرض، تعمل بشكل جيد خاصة كرات صنع عمله بوليوكسيميثيليني (مثلاً، ديلرين) ولا خط جزء القالب. قياس الجماهير وأقطار بالتوازن التحليلية وقدمه ذات الورنيّة الورنيّة على التوالي.
2. إجراء تجارب على طائفة من مرتفعات ح لتوليد سرعات أثر حيث m/s² هو التسارع الجاذبية. قياس الارتفاع مع حجم البصرية ضمن الإطار الكاميرا.
   ملاحظة: استخدم ميزة تتبع السيارات في أداة تحليل أشرطة الفيديو كما تمت مناقشته في القسم 7 لقياس السرعات الأثر.
3. إجراء تجارب مع مخاليط السوائل من الماء والتوتر السطحي مناسبة (مثل الجلسرين أو الصابون) لتعديل التوتر السطحي. قياس التوتر السطحي مع تينسيوميتير سطحية.
4. حساب أرقام رينولدز وأرقام ويبر ، حيث ρ هي كثافة السائل، D هو قطر المجال، μ هو لزوجة ديناميكية الموائع و σ التوتر السطحي للسوائل.

3-المحافظة على النظافة التجريبية

1. إجراء تجارب أثناء ارتداء القفازات النتريل الصناعية واسترداد مجالات من خزان المياه مع سبقا مطهرة.
   تنبيه: الجلد الطبيعي تنتج الزيوت التي يمكن أن تؤثر على ويتابيليتي الرواطم ووصمة ظروف السائل.
2. تنظيف في المجالات مع 99% كحول الأيزوبروبيل والسماح لتجف لمدة 1 دقيقة بين المحاكمات للحيلولة دون التأثير الشوائب.
3. إذا كان استخدام أقمشة التفكك خلال الأثر، استبدال المياه في الخزان بعد كل محاكمة إذا لا يمكن تجميع قصاصات يدوياً.
4. في نهاية التجربة، إفراغ الخزان وجففه.
5. قبل تجربة، وتنظيف الخزان بالماء لإزالة أي شوائب.

4-طبقات السطح مع الأقمشة حدودية

1. جولة تبحر في التحضير لأثر محاكمات أو فصل النسيج إلى ساحة. استخدام قدمه ذات الورنيّة الورنيّة في الحصول على السمك مضغوطة من النسيج.
   ملاحظة: سيتم تغيير سمك النسيج عندما تكون رطبة.
2. بقية نسيج الجافة فوق سطح بركة السائل بلطف. ضمان تبحر لا تبدأ النسب قبل إطلاق المسبار وتحل محل الأقمشة فورا بعد الاصطدام.
3. استخدم سبقا مطهرة لوضع النسيج تحت المنصة المعلقة قبل الإفراج عن المجالات.
4. (اختياري) إجراء الاختبارات التالية باستخدام عينة نسيج لتوصيف المواد.
   1. قم بإجراء اختبار الشد باستخدام جهاز اختبار شد لتحديد معامل المرونة للعينة.
   2. استخدام مجهر رقمي للحصول على صورة مجهرية للنسيج وتحديد طول الألياف باستخدام أداة لالتقاط الصور.

5-إعداد مجالات كيميائيا مسعور

1. معطف رذاذ قاعدة مسعور حوالي 15 – 30 سم من سطح المجال. تجنب امتصاص السطح. اتركها تجف لمدة دقيقة 1\u20122 قبل إضافة الطلاء إضافية. تطبيق اثنين من المعاطف قاعدة أكثر. تسمح لها الجاف لمدة 30 دقيقة قبل تطبيق المعطف العلوي.
   ملاحظة: قد تختلف عدد سطح إضافية استناداً إلى التوصيات المقدمة من الشركة المصنعة للمنتج.
2. معطف رذاذ أعلى مسعور حوالي 15 – 30 سم من على سطح الأرض. تجنب امتصاص السطح. اتركها تجف لمدة 1 – 2 دقيقة قبل إضافة الطلاء إضافية. تطبيق الطلاء أكثر اثنين أو ثلاثة من طبقة أعلى. السماح لتجف لمدة 30 دقيقة لاستخدام الضوء و h 12 للاستفادة الكاملة.
   ملاحظة: قد تختلف عدد معاطف سطح إضافية استناداً إلى التوصيات المقدمة من الشركة المصنعة للمنتج.
3. بعد محاكمات حوالي الساعة 20، يصبح خطر الطلاء مسعور بسبب المعالجة المفرطة. إزالة الطلاء مع الأيزوبروبيل 99%، ثم كرر الخطوات من 5.1 و 5.2.

6-مزامنة الكاميرات للتصور البداية

1. ضع كاميرا عالية السرعة مع عدسة مناسبة عمودي على محور الأثر وفي خط مع سطح السائل.
   ملاحظة: رئيس عدسة 55 مم يوفر نقطة انطلاق جيدة.
2. حال استخدام الأقمشة، إضافة كاميرا عالية السرعة إضافية إلى التجربة إلى تقديم عرض من أعلى إلى أسفل من الآثار، كما هو مبين في الشكل 1 باء.
3. مزامنة كاميرات متعددة على جهاز كمبيوتر باستخدام الخطوات التالية.
   1. قم بتوصيل كل المحطات إخراج الكاميرا الأفقية كلا محطات الإدخال من الكاميرا إضافية باستخدام كابلات BNC.
   2. قم بتوصيل التبديل الزناد الكاميرا الأفقية فقط.
   3. قم بتوصيل كبلات Ethernet من كل من الكاميرات جهاز توجيه إيقاف شبكة الاتصال متصل بالكمبيوتر.
      ملاحظة: في غياب جهاز توجيه، قم بتوصيل كبلات Ethernet من الكاميرات إلى أجهزة كمبيوتر منفصلة.
4. في البرنامج الحصول على الفيديو، قم بتكوين الكاميرات مع الإعدادات التالية. تعيين معدل الإطار للحد أدنى من 1,000 إطارا في الثانية، وتعيين دقة الشاشة إلى الدقة المطلوبة. تعيين سرعة مصراع الكاميرا إلى 1 لكل إطار ثاني وتعيين وضع الزناد لإنهاء.
5. من الإفراج عن أقصى ارتفاع، إجراء سلسلة من تجارب اختبار التأكد من أن الطائرات ورثينجتون داخل إطار الفيديو.
6. ضبط موضع الكاميرا والتركيز عليه حتى يتم تحقيق جودة التصور المطلوب.
7. بعد التسجيل، استخراج قياسات الحركية وهندسية من أشرطة الفيديو باستخدام أداة تحليل أشرطة فيديو مناسبة. استخدام تعقب، أداة تحليل مفتوحة مصدر أو أي برامج للقدرة النسبية.

7-رقمنة الكينماتيكا الأثر مع المقتفي البرمجيات

1. حدد عصا المعايرة من أدوات تعقب ومطابقة لحجم البصرية (الشكل 2a)، مما يجعل العصا أطول وقت ممكن.
2. انقر فوق معايرة العصا وتعيين قيمة القياس على طول النطاق المرئي موزعة بالعصا. فإذا امتدت العصا المعايرة 1 سم على مقياس البصرية، تعيين رفع القيمة إلى 1.
   ملاحظة: وهذا ما يضمن القياسات المأخوذة من البرمجيات ترتيب سنتيمتر.
3. التبديل بين تشغيل الفيديو بواسطة النقر فوق بدء و إيقاف وتعيين الفيديو إلى الإطار المرغوب.
4. حدد قياس عصا من أدوات تعقب واستخراج دفقة التاج ارتفاع كوتجويف العرض بتجويف عمق lورثينجتون جيت الارتفاع h، كما هو مبين في الشكل 2،ج.
   ملاحظة: قابل للتعديل في كلا طرفي عصا القياس ويمكن استخدامها في نفس الوقت مع التحديدات مربع الأدوات الأخرى.
5. حدد منقلة من أدوات تعقب وقياس زاوية الانفصال السائل فيما يتعلق بالمسبار، كما هو مبين في الشكل 2. قابل للتعديل في كلا طرفي المنقلة ويمكن استخدامها في نفس الوقت مع التحديدات مربع الأدوات الأخرى.
6. حدد ميزة تتبع السيارات في البرنامج تسجيل موقف الزمانية وبيانات السرعة. عندما تتبع توقف بسبب الافتقار إلى الوضوح في الفيديو واستخدام دليل تتبع حتى يتم الحصول على الوضوح والتعقب التلقائي استئناف.

النتائج

أقام هذا البروتوكولات تسمح للاحتفال بالطائرات ورثينجتون الناشئة عن التأثيرات العمودية إعداد النطاق ليبر كما هو مبين في الشكل 2 (ج). وتنشر هذه النتائج في Watson et al.¹، والذي يمكن أن يكون مرجعاً للظروف التجريبية ...

Discussion

ويصف هذا البروتوكول تصميم التجارب وأفضل الممارسات للتحقيقات المتعلقة بمجالات وكيبلر إلى بركة عميقة سائل. علينا أن نبدأ بتسليط الضوء على الخطوات اللازمة لتكوين التجربة بالنسبة للتأثيرات العمودية. فمن المهم خلق بيئة مثالية من بداية باستخدام منطقة دفقة كبيرة بما فيه الكفاية أن آثار الجدار...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
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