该协议演示了自由落体水注入实验。讨论了穿透织物的液体表面的交替、新兴球体中化学的制备、飞溅可视化和数据提取。这些技术提供了对基础流体动力学研究的洞察,旨在了解固体物体和流体体之间的面间相互作用。
展示这个程序的将是约书亚·博姆和杰里米·斯蒂芬,来自艾伯塔省的本科生。在整个过程中佩戴工业级硝酸盐手套,以避免用皮肤油污染水和冲击器。开始用自来水和洗涤剂彻底清洁透明水箱。
然后用32升自来水装满。用 99%异丙醇清洁两个公制标尺,让它们干燥一分钟。将一把尺子安装到水箱前部,底座只是触摸水。
将第二把尺子垂直固定在水下。然后在水箱上固定铰链平台,使平台与上述水尺位于与罐前部相同的深度平面内。将平台调整到所需的最大落点高度,然后将多 LED 灯连接到铰接臂上,将灯放在油箱上方和前面,以完全照亮平台下的初始区域。
在油箱背面设置黑屏,以帮助进行飞溅和空腔可视化。将清洁无油减震器(如封闭式电池海绵)放在油箱底部,并用清洁的重量将吸油器放在位上。接下来,安装一个高速摄像机,与油箱朝向,与液体表面一样。
如果需要,请将触发器开关连接到摄像机。将摄像机连接到计算机,并配置摄像机的帧速率至少为每秒 1,000 帧。选择所需的分辨率,将快门速度设置为每帧一秒。
如果适用,将触发模式设置为"结束"。接下来,用99%的异丙醇清洁小勺和多氧化物甲醇球,去除皮肤油和其他污染。让球体和勺子干燥一分钟。
预制测试并调整摄像机位置、对焦和分辨率,以实现初始事件的最佳可视化质量。然后用勺子取回球体,用异丙醇清洁球体和勺子。当准备开始实验时,开始拍摄坦克。
将铰链平台抬到位,将干净的干球放在平台上。松开平台的底座,将球体放入油箱中。然后停止拍摄,保存视频文件,并修剪视频,只显示飞溅事件。
当准备继续下一次测试时,使用勺子检索球体。用异丙醇清洁球体,让它干燥一分钟,然后再重复测试。实验完成后,清空油箱,让它干燥。
为测试准备可穿插织物,请将所需的织物分离成方形或圆形的层,并使用 Vernier 卡钳测量干织物的压缩厚度。设置实验时,在油箱上安装第二个高速摄像机,以提供影响织物的球体的自上而下视图。使用 BNC 电缆将水平摄像机输出连接到架空摄像机输入端子。
将触发开关连接到水平摄像机。然后使用以太网电缆将两个摄像机连接到连接到摄像机计算机的脱机路由器。像往常一样对两个摄像机进行对焦和配置。
当准备预制实验时,轻轻地将干织物放在罐中液体表面。确保织物在审判开始前不会开始下沉。使用清洁、无油的铲料将织物定位在铰链平台下方。
在设置碰撞之前,使用触发开关使用两个摄像机同时开始拍摄飞溅区域。碰撞后立即拆下织物。如果织物碎片对冲击和刮擦不能手动收集空和清洁罐后,每次试验,以确保所有织物被移除。
开始准备化学疏水球体,将聚氧化物薄荷球放入丙烯酸支架中。表面涂层的定位球体是该协议最困难的方面。定位由层涂层丙烯酸板控制,其孔比球体稍宽。
用疏水基面喷洒球体,距离约 15 至 30 厘米,而不会浸泡球体表面。接下来,用疏水性上衣喷洒球体,从约15至30厘米远,无需浸泡表面,让它干燥一到两分钟。以相同的方式涂抹两到三层涂层。
让球体干燥 30 分钟,供轻用或约 12 小时充分使用。当预制冲击测试让球体在每次试验后完全干燥,而不是用异丙醇冲洗球体。疏水涂层将在约20次试验后降解。
要重复使用此球体,请用 99%异丙醇去除涂层,然后重新应用前文所述的底涂层和顶部涂层。要开始分析,将飞溅事件的高速视频导入视频分析软件。使用缩放工具根据标尺的可见区域以厘米为单位设置缩放值。
通过视频前进,找到一个合适的框架,显示飞溅冠提升和空气陷阱。测量飞溅冠高度、型腔宽度和型腔深度。使用角度测量工具确定分离角度。
在视频中进一步寻找一个合适的帧,显示沃辛顿喷气机形成和测量沃辛顿喷气机的高度。最后,使用自动跟踪功能提取冲击器的时间位置和速度日期。如果跟踪被中断,请使用手动跟踪,直到自动跟踪可以恢复。
在这里,此过程用于评估织物对垂直冲击飞溅的影响。一层飞溅高度相对于没有织物的飞溅高度被放大。两层飞溅高度大致相当于没有织物的飞溅高度。
飞溅被严重衰减与三和四层。韦伯数对影响单层织物的球体的空腔深度、飞溅地面高度和型腔宽度的最小变化。在水下跟踪球体垂直位置,可以观察水下速度随织物的每个增加层而进一步下降。
研究者必须特别注意实验期间卫生实验条件的维护,以取得一致有效的结果。此技术不限于此处介绍的材料,并且可以使用具有类似功能和能力的材料进行。通过引入高架储层(如西环),可以提高此程序,以调查液滴对固体或液体表面的垂直影响。
该协议还可以在更大范围内进行预格式,以泛泛而广的冲击速度和增加无维参数的范围,这对于海军和工业应用来说都很顺利。