Die Natur- und Ingenieurwissenschaften Research Council of Canada (NSERC) und LB Foster Schienen Technologies, Corp. gemeinsam diese Forschung durch das NSERC Collaborative Research and Development Grant-Programm unterstützt.

1. Spinning Plattengeräte <ol><li> Identifizieren gewünschten Testbedingungen und Rekordtestbedingungen in einer Tabelle (zB Umgebungstemperatur, Fluideigenschaften, Jet und Oberflächengeschwindigkeit, etc.). </li><li> Herstellung von Materialien <ol><li> Bereiten Glycerin-Wasser- oder PEO-Glycerin-Wasser-Lösungen für die Aufpralltests. <ol><li> Im Fall von PEO-Glycerin-Wassertests, nach auflösen 4,5 g PEO-Pulver (viskositätsmittleres Molekulargewicht von einer Million und vier Millionen) in 1495,5 g destilliertem Wasser unter sanfter Magnetrührstab über einen 24 Stunden-Zeitraum. Vermeiden Sie zu Rühren der PEO Probe mechanischen Abbau zu verhindern. </li><li> 1,5 kg USP-grade Glycerin Nach und nach zu der wässrigen PEO-Lösung über einen Zeitraum von 24 h zu einer wässrigen Lösung von 0,15% PEO-Konzentration und 50% Glycerin-Konzentration zu erreichen. </li></ol></li><li> Bewahren Sie die Testflüssigkeiten getrennt in luftdichten Behältern unter RT vor und nach jedem Test zu minimieren Verdunstung, der Wasseraufnahme aus der Umgebungsluft und Verschmutzung. Charakterisieren und Spray Flüssigkeiten innerhalb von fünf Tagen der Vorbereitung. </li></ol></li><li> Durchführung von Experimenten <ol><li> Stellen Sie sicher, Luftzufuhrventil der sich drehenden Scheibe Luftlager ist offen und die Manometeranzeige in der richtigen Arbeitsbereich (60 bis 80 psig). Klar alles, was die Plattenbewegung behindern könnten und schalten Sie die Festplatte mit der Hand in beide Richtungen 5 Umdrehungen um für Probleme mit der Festplatte und Lager überprüfen. </li><li> Geschlossen sauber und sicher die Druckgasspeicher für die Testflüssigkeit unter Druck. Pour 3 kg der Testflüssigkeit in die Fluidöffnung des 1-Liter-Akkumulator. </li><li> Schließen Sie den Gasanschluss des Akkumulators mit dem Stickstofftank über einen Druckregler. Schließen Sie den Fluidanschluss des Akkumulators zur Strahl Sprühdüse. </li></ol></li><li> Richten Sie Steuerung und High-Speed-Imaging-System. <ol><li> Starten Sie die sich drehende Scheibe Steuerungssoftware und VFD-Steuerungssoftware.Position zwei Hochgeschwindigkeits-Filmkameras 35 cm entfernt von der Aufprallpunkt und stellen Sie die hohen Vergrößerungslinsen, um den Auftreffpunkt aus zwei Blickwinkeln zu erfassen. </li><li> Stellen Sie die 150 W Faseroptik-Lichtquelle, um einen gleichmäßig ausgeleuchteten Hintergrund für beste Bildqualität (Abbildung 1) zu erzielen. Schalten Sie die Steuerung an diesem Punkt Kameraeinstellung zu erleichtern. </li><li> Führen Sie den Selbsttest-Routine, indem Sie auf &quot;Self-check &#39;Schaltfläche in der Steuerungs-Software, um sicherzustellen, das System funktioniert wie erwartet. </li></ol></li><li> Führen Sie eine Strahlaufprall-Test <ol><li> Stellen Sie die Plattengeschwindigkeit auf den gewünschten Wert mit dem VFD Steuersoftware (500-3000 rpm). </li><li> Um einen Test durchzuführen, starten Sie die automatische Versuchssequenz von der Steuerungs-Software, indem Sie auf die &quot;Test-Sequenz &#39;Button. Die Software wird die optimalen Parameter automatisch zu ermitteln und zu koordinieren, jede Komponente des Systems, um den Test entsprechend zu führen. </li><li> Speichern Sie die resultierende Aufpralltestvideo (siehe zum Beispiel den Screenshot in Abbildung 2). Lesen und beschreiben Oberflächengeschwindigkeit, die Düse wieder Druck und Temperatur aus der Steuerungssoftware. Hinweis: Nach jedem Test läuft ein Plattenreinigungssequenz automatisch zu spülen und trocknen Sie die Plattenoberfläche. Wiederholen Sie den Reinigungsvorgang so oft, bis alle Testflüssigkeit Rückstände entfernt worden ist. ACHTUNG: Während Wasser und Glycerin-Lösung Testflüssigkeiten kann mit dem Reinigungsvorgang gereinigt werden, müssen andere LFMs mit organischen Lösungsmitteln wie Aceton gereinigt werden. In solchen Fällen die Anwendung des Reinigungsmediums auf einen Stoff anstatt direkt Besprühen der Scheibe. </li></ol></li><li> Datenanalyse <ol><li> Bereiten Sie eine Tabelle mit Informationen zu den einzelnen Testbedingung (zB Fluideigenschaften, Umgebungstemperatur, Oberflächenrauigkeit, etc.). </li><li> Öffnen Sie die aufgezeichneten Bilder mit Strahlaufprall cine Betrachtungssoftware, spielen voll Videoaufnahmen bei normalerGeschwindigkeit und beobachten Strahlaufprallverhalten. </li><li> Nehmen Auftreffen Verhaltensmerkmale (Spritz / Verspritzen / Ablagerung; siehe Abbildung 3) in der vorbereiteten Tabellenkalkulation, Anmeldung ungewöhnliche Trends, die Komplikationen mit dem Versuchsaufbau hinweisen. </li><li> Sparen Testergebnisse und Bedingungen in einer Tabellenkalkulation. Nehmen bemerkenswerte Erkenntnisse und besondere Vorkommnisse in Testprotokoll (zB Spritz / Ablagerung Schwellenpunkt, Splash / Ablagerung Übergänge, etc.). Speichern von Screenshots, wenn notwendig. </li><li> Führen Sie die Bildanalyse-Messungen und Datensatzdaten. <ol><li> Starten Sie das On-Screen-Pixel-Messwerkzeug. Öffnen Auftreffen Bilder und Kalibrierung des Abbildungsmaßstabes durch Messen einer Mikro-Herrscher in den Bildern mit der On-Screen-Pixel-Messwerkzeug (Abbildung 4). </li><li> Messen Sie die Maße von Interesse (zB Lamellenstreubreite, W und Lamellenstaupunkt Radius R; siehe Abbildung 5) mit dem Pixel-Mess tool an einem Punkt, wo der Strahl zu sein scheint, in den Video- und Aufzeichnungsdaten in den vorbereiteten Tabellen stabilsten. Dann nehmen Sie eine weitere Gruppe von Messungen 100 Bilder nach der ersten Gruppe von Messungen, um zu bestätigen, dass sowohl der Strahl und die Lamelle stabil sind. Plot Datenpunkte in einem Diagramm und füllen Sie die Kurvenanpassung. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. Luftkanone Geräte <ol><li> Identifizieren gewünschten Testbedingungen und Materialien vorbereiten, wie in Schritt 1.1 und Schritt 1.2. </li><li> Durchführung von Experimenten <ol><li> Schalten Sie das System-Steuersoftware. </li><li> Legen Sie das Projektil in das Kanonenrohr. Bewegen der Anschlagmechanismus nahe dem Lauf Ausgang, um das Projektil richtig erfasst werden, nachdem eine Prüfung (Abbildung 6). </li><li> Öffnen Sie den Druck Gebäude Luftleitung, die zu dem Luftbehälter. Den Druck im Tank zwischen 30 psi und 70 psi, abhängig von der gewünschten Projektilgeschwindigkeit. 30 psi Tankdruck gibt einen Projektilgeschwindigkeit von etwa 5m / sec, und 70 psi ergibt eine Geschwindigkeit von rund 25 m / sec. </li><li> Bereiten Sie den Druckgasspeicher für geschlossene Testflüssigkeit unter Druck. <ol><li> Gießen Sie 3 kg der Testflüssigkeit in den Flüssigkeitsöffnung des Speichers. Die Leitungen von dem Gasventil in die Flüssigkeitsstrahl Sprühdüse, und setzen Sie die Speicherdruck bis zu 300 psig. </li></ol></li><li> Befestigen Sie die Kamera an den Scherenheber. Sichern Sie den Scherenheber an der Plattform positioniert neben dem Jet-Sprühdüse. </li><li> Sichern die hochintensive Lichtquelle, um die Plattform gegenüber der Kamera und hinter der Diffusionsschicht angeordnet ist. Überprüfen Sie Beleuchtung und Kamerapositionierung mit Hilfe der Videokamera Betrachtungsfunktion der Software-Steuerschnittstelle, und stellen Sie die Positionierung nach Bedarf (Abbildung 7). </li><li> Setzen Sie auf Ohrenschützer zum Schutz vor der Luftkanone Sound Explosion. </li><li> Entsperren Sie die Kanone Bedienfeld, und drücken Sie die Warntaste auf dem Bedienfeld mehrmals, um zu signalisierender Beginn eines Experiments. </li><li> Drücken Sie die Taste auf dem Bedienfeld, die das Magnetventil Anschluss der Druckluftbehälter mit dem Luftkanonenrohr öffnet. </li><li> Nachdem das Gerät ist gefallen und das Projektil eingefangen, Reinigen Sie das Gerät von einem mit Reinigungsflüssigkeit und einem Schwamm, um restliche Testflüssigkeit zu entfernen abwischen. Zum Schluß wird der Prallfläche des Projektils. </li></ol></li><li> Messen Geschwindigkeit des Projektils im aufgenommenen Hochgeschwindigkeits-Video durch Messen der Zeitdauer für das Projektil, um eine feste (10 cm) Entfernung zurück erforderlich. Analyse von Daten, wie in Schritt 1.5. </li></ol>

<ol>
	<li>Cotter, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Top+of+Rail+Friction+Control:+Reductions+in+Fuel+and+Greenhouse+Gas+Emissions.">Top of Rail Friction Control: Reductions in Fuel and Greenhouse Gas Emissions.</a> Proc. Of the 2005 Conference of the International Heavy Haul Association (Rio de Janeiro). , 327-334 (2005).</li><li>Eadie, D. T., Bovey, E., Kalousek, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+friction+control+in+effective+management+of+the+wheel/rail+interface).">The role of friction control in effective management of the wheel/rail interface).</a> Railway Technical Conference. , (2002).</li><li>Stock, R., Eadie, D. T., Elvidge, D., Oldknow, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influencing+rolling+contact+fatigue+through+top+of+rail+friction+modifier+application&#8211;A+full+scale+wheel&#8211;rail+test+rig+study.">Influencing rolling contact fatigue through top of rail friction modifier application&#8211;A full scale wheel&#8211;rail test rig study.</a> Wear. 271 (1), 134-142 (2011).</li><li>Eadie, D. T., Santoro, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Top-of-rail+friction+control+for+curve+noise+mitigation+and+corrugation+rate+reduction.">Top-of-rail friction control for curve noise mitigation and corrugation rate reduction.</a> Journal of Sound and Vibration. 293 (3), 747-757 (2006).</li><li>Tomeoka, M., Kabe, N., Tanimoto, M., Miyauchi, E., Nakata, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Friction+control+between+wheel+and+rail+by+means+of+on-board+lubrication.">Friction control between wheel and rail by means of on-board lubrication.</a> Wear. 253 (1), 124-129 (2002).</li><li>Chiu-Webster, S., Lister, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+fall+of+a+viscous+thread+onto+a+moving+surface:+a+&#8216;fluid-mechanical+sewing+machine.">The fall of a viscous thread onto a moving surface: a &#8216;fluid-mechanical sewing machine.</a> Journal of Fluid Mechanics. 569 (1), 124-129 (2006).</li><li>Hlod, A., Aarts, A. C. T., Van De Ven, A. A. F., Peletier, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mathematical+model+of+falling+of+a+viscous+jet+onto+a+moving+surface.">Mathematical model of falling of a viscous jet onto a moving surface.</a> European Journal of Applied Mathematics. 18 (06), 659-677 (2007).</li><li>Gradeck, M., Kouachi, A., Dani, A., Arnoult, D., Borean, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+and+numerical+study+of+the+hydraulic+jump+of+an+impinging+jet+on+a+moving+surface.">Experimental and numerical study of the hydraulic jump of an impinging jet on a moving surface.</a> Experimental Thermal and Fluid Science. 30 (3), 193-201 (2006).</li><li>Fujimoto, H., Suzuki, Y., Hama, T., Takuda, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow+Characteristics+of+Circular+Liquid+Jet+Impinging+on+a+Moving+Surface+Covered+with+a+Water+Film.">Flow Characteristics of Circular Liquid Jet Impinging on a Moving Surface Covered with a Water Film.</a> ISIJ international. 51 (9), 1497-1505 (2011).</li><li>Keshavarz, B., Green, S. I., Davy, M. H., Eadie, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Newtonian+liquid+jet+impaction+on+a+high-speed+moving+surface.">Newtonian liquid jet impaction on a high-speed moving surface.</a> International Journal of Heat and Fluid Flow. 32 (6), 1216-1225 (2011).</li><li>Keshavarz, B., Green, S. I., Eadie, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastic+liquid+jet+impaction+on+a+high+speed+moving+surface.">Elastic liquid jet impaction on a high speed moving surface.</a> AIChE Journal. 58 (11), 3568-3577 (2012).</li><li>Moulson, J. B. T., Green, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+ambient+air+on+liquid+jet+impingement+on+a+moving+substrate.">Effect of ambient air on liquid jet impingement on a moving substrate.</a> Physics of Fluids. 25 (10), 102106 (2013).</li><li>Sterling, G. E. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+experimental+study+on+jet+impingement+on+a+very+high+speed+moving+surface.">An experimental study on jet impingement on a very high speed moving surface.</a> UBC M.A.Sc. Thesis. , (2012).</li><li>Povarov, O. A., Nazarov, O. I., Ignat'evskaya, L. A., Nikol'skii, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interaction+of+drops+with+boundary+layer+on+rotating+surfaces.">Interaction of drops with boundary layer on rotating surfaces.</a> Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 31 (6), 1453-1456 (1976).</li><li>Fathi, S., Dickens, P., Fouchal, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regimes+of+droplet+train+impact+on+a+moving+surface+in+an+additive+manufacturing+process.">Regimes of droplet train impact on a moving surface in an additive manufacturing process.</a> Journal of Materials Processing Technology. 210 (3), 550-559 (2010).</li><li>Bird, J. C., Tsai, S. S., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inclined+to+splash:+triggering+and+inhibiting+a+splash+with+tangential+velocity.">Inclined to splash: triggering and inhibiting a splash with tangential velocity.</a> New Journal of Physics. 11 (6), 063017 (2009).</li><li>Range, K., Feuillebois, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+surface+roughness+on+liquid+drop+impact.">Influence of surface roughness on liquid drop impact.</a> Journal of Colloid and Interface science. 203 (1), 16-30 (1998).</li><li>Crooks, R., Boger, D. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+fluid+elasticity+on+drops+impacting+on+dry+surfaces.">Influence of fluid elasticity on drops impacting on dry surfaces.</a> Journal of Rheology. 44 (4), 973-996 (2000).</li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Die für die Luftkanone Set-up verwendet Geschoss besteht aus einem leichten, Holzsockel zusammen. Obwohl das Holzmaterial Späne leicht nach zahlreichen Versuchen hat sich herausgestellt, um kinetische Energie wirksam zu absorbieren, als Projektile von Materialien wie Kunststoff oder Metall, die beim Auftreffen auf die Stoppmechanismus bruch neigen zusammensetzt. Die Abmessungen des Holz Geschosses sollen den Stahllauf Innenraum eng übereinstimmen, wodurch die Beschränkung Luftleckage. Eine 1/8 &quot;dicke Kautschukf...

Diese Forschung zielt darauf ab, Strategien für die Anwendung LFM (Liquid Friction Modifier) ​​in Flüssigkeitsstrahl-Form auf eine sich bewegende Oberfläche, während die Erreichung hoher Grad der Auftragswirkungsgrad und gleichmäßige Abscheidung Ergebnisse zu bestimmen. Die Verwirklichung dieses Ziels beinhaltet die Entwicklung eines umfassenden Verständnis der Faktoren, die Flüssigkeitsstrahl Auftreffen auf bewegten Oberflächen beeinflussen. Das Projekt wird von der Notwendigkeit, die Effizienz der Schmierung Anwendungstechniken im Eisenbahnsektor verwendet verbessern motiviert. Als Mittel zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und des Bewegungswartungskosten, einen dünnen Film aus die Reibung modifizierenden Mittel wird nun auf der oberen Schienenfläche der herkömmlichen Eisenbahnschienen eingesetzt. Jüngste Studien haben gezeigt, dass die Anwendung einer Art von Wasserbasis LFM für Schienenoberkante (TOR) Friktion reduziert Energieverbrauch um 6% und Schiene und Spurkranz tragen von mehr als 50% 1,2. Andere Studien haben gezeigt, dass die Anwendung LFM auf Schienen reduzierens Querkraft und Geräuschentwicklung als auch, was noch wichtiger ist, zu verfolgen und Wellenschäden durch Rollkontaktermüdung, die eine der Hauptursachen von Entgleisungen 3,4 ist. Diese Ergebnisse wurden im Feldversuch an der Tokioter U-Bahn 5 bestätigt. LFMs werden derzeit von Luftstoß Zerstäuber, um Dutzende von Lokomotiven in Kanada und den Vereinigten Staaten angebracht verzichtet. Bei dieser Form der Anwendung wird LFM an die Spitze der Eisenbahnschienen durch Düsen unterhalb bewegten Schienenfahrzeugen montiert angewendet. Diese Art der LFM Anwendung ist schwierig, auf vielen Eisenbahnlokomotiven zu implementieren, weil die erforderliche hochvolumigen und Hochdruck-Luftzufuhrniveaus nicht erreicht werden können. Luftstoßdüsen sind vermutlich auch sehr unregelmäßig Schienenabdeckung zu erzeugen, wenn bei Seitenwind betrieben wird, wie Seitenwind verursachen feinen Sprühtröpfchen von ihrer ursprünglichen Flugbahn abweichen. Seitenwind sind auch bekannt, in Düsen Fouling gebracht werden, dürfte für den gleichenGrund. Aufgrund von Problemen mit Luftstoß Zerstäuber verbunden ist, wird die Eisenbahnsektor derzeit nach Alternativen zu LFM Anwendung auf Eisenbahnschienen. Eine praktikable Lösung beinhaltet Abgabe LFM mittels einer kontinuierlichen (nicht-atomisierte) Flüssigkeitsstrahl, wie Flüssigkeitsstrahlen sind weniger anfällig für Seitenwind Wirkungen aufgrund ihrer geringeren Drag-to-Trägheitsverhältnis. Darüber hinaus, weil die hohen Luftdruck und Lautstärke, die über Sprühdüsen benötigt werden nicht in Flüssigkeit im Sprühstrahl Technologien erforderlich, letztere dienen als schlanker und robuster Spritzen Mechanismen, die eine wirksame Kontrolle über die Geschwindigkeit der LFM-Anwendung zu erhalten. Eine Fläche von ähnlichen Physik, Tropfenschlag, ist intensiv untersucht. Es wurde von mehreren Forschern festgestellt, dass zur Tropfenaufprall auf einem sich bewegenden trockenen glatten Oberfläche spritzt Verhalten ist abhängig von vielen Parametern, einschließlich Viskosität, Dichte, Oberflächenspannung und der Normalkomponente der Aufprallgeschwindigkeit 14,15. Vogel <em&gt; et al., dass sowohl die normalen und tangentialen Geschwindigkeiten waren von kritischer Wichtigkeit 16. Bereich et al. Und Crooks et al. Haben gezeigt, dass für die Tropfenschlag auf einem stationären trockene Oberfläche, verringert sich die Oberflächenrauhigkeit der Splash-Schwelle deutlich (dh, es macht die Tröpfchen anfälliger für spritzwasser) 17,18. Trotz seiner praktischen Bedeutung hat Strahlaufprall auf bewegten Oberflächen wenig Aufmerksamkeit in der wissenschaftlichen Literatur erhielt. Chiu-Webster und Lister führte eine umfangreiche Reihe von Experimenten, die stationären und instationären viskose Strahlaufprall auf eine sich bewegende Oberfläche untersucht, und die Autoren ein Modell entwickelt, für den stetigen Fall 6. Hlod et al. Modelliert die Strömung mittels einer dritter Ordnung ODE in einer Domäne unbekannter Länge unter einer zusätzlichen integralen Zustand verglichen vorhergesagten Konfigurationen mit experimentellen Ergebnissen 7. Jedoch, untersuchten die Reynoldszahlenin beiden Studien sind viel niedriger als die mit typischen Eisen LFM Anwendungen verbunden. Gradeck et al. Numerisch und experimentell untersucht das Strömungsfeld Wasserstrahlaufprall auf ein sich bewegendes Substrat unter verschiedenen Strahlgeschwindigkeit, Oberflächengeschwindigkeit und Bedingungen Düsendurchmesser 8. Fujimoto et al. Zusätzlich suchten Strömungseigenschaften eines kreisförmigen Wasserstrahl auftrifft, auf ein sich bewegendes Substrat mit einem dünnen Wasserfilm 9 bedeckt. Jedoch verwendet diese beiden Projekte relativ großen Düsendurchmesser und einer unteren Fläche und Strahlgeschwindigkeiten gegenüber den in der vorliegenden Arbeit eingesetzt. Darüber hinaus, obwohl früheren experimentellen, numerische und analytische Studien bieten eine große Menge an Daten, die meisten haben sich auf Wärmeübertragungsparameter nicht auf Flüssigkeitsstrom Prozessen wie Jet Spritzwasser Verhalten konzentriert. Der in der vorliegenden Forschung vorgesehen experimentelle Methode trägt so zur Flüssigkeitsstrahl Anwendungstechnologien durch WiederSchönung solche Techniken unter Bedingungen mit geringer Strahldüsendurchmesser und Hochgeschwindigkeitsstrahl und Oberflächengeschwindigkeiten. Das vorliegende Verfahren verfeinert auch das Wissen über die Grundprobleme der Strömungsmechanik mit beweglichen Kontaktlinien verbunden. Die oben erwähnten Studien haben allgemein die Wechselwirkung eines Niedrigdrehzahldüse involviert mit einer niedrigen Geschwindigkeit bewegenden Oberfläche. Es gibt relativ wenige Studien laminarer Hochgeschwindigkeitsstrahlaufprall auf High-Speed-bewegenden Oberflächen. Während des Hochgeschwindigkeitsflüssigkeitsstrahl Impaktion der Strahlflüssigkeit radial ausbreitet in der Nähe der Auftreffstelle, Bilden einer dünnen Lamelle. Diese Lamelle wird dann stromabwärts von der sich bewegenden Oberfläche der viskose Zwingen auferlegt, wodurch eine charakteristische U-förmigen Lamellen Konvektion. Keshavarz et al. Haben sich auf Experimente mit der Newtonschen und elastische Flüssigkeitsstrahlen Auftreffen auf High-Speed-Flächen ausgewiesen. Sie klassifiziert Auftreffen Prozesse in zwei verschiedene Arten: &quot;Ablagerung &amp;# 8221; und &quot;Splash&quot; 10. Zur Prall als Abscheidungs ​​klassifiziert werden, muss der Flüssigkeitsstrahl auf der Oberfläche haften, wobei Spritzer durch eine Flüssigkeitslamelle, die von der Oberfläche trennt, und anschließend in Tröpfchen aufbricht, dadurch gekennzeichnet. Eine dritte Prall Regime wurde beschrieben - &quot;Splatter&quot;. Bei dieser vergleichsweise selten, Regime die Lamelle bleibt an der Oberfläche angebracht, wie für &quot;deposition&quot;, aber feine Tröpfchen von nahe der Vorderkante der Lamelle ausgeworfen. In einer Folgestudie von nicht-Newtonsches Fluid Effekte Keshavarz et al. Festgestellt, dass der Splash / Ablagerung Schwelle wird hauptsächlich durch die Reynolds und Deborah Zahlen bestimmt, während die Strahlaufprallwinkel und Strahlgeschwindigkeit der Oberflächengeschwindigkeitsverhältnisse nur einen geringen Einfluss haben 11 . In Experimenten unter variablen Umgebungsluft Drücken durchgeführt, Moulson et al. Entdeckten, dass die Spritz / Ablagerung Schwelle Reynoldszahl drastischmit abnehmender Umgebungsluftdruck (dh, stellen höhere Umgebungsdrücken Jets anfälliger für Spritzen), bei gleichzeitiger Verringerung Umgebungsluftdruck unter einen bestimmten Schwellenwert unterdrückt Spritz komplett 12. Dieser Befund legt nahe, dass auf der Lamelle wirkenden aerodynamischen Kräfte spielen eine entscheidende Rolle bei der Entstehung von Lamellen Abheben und anschließende Spritzen. In den letzten Arbeiten an Hochgeschwindigkeits-Aufprall auf einem High-Speed-Substrat zeigten, dass Sterling für Substratgeschwindigkeit und Jet-Bedingungen in der Nähe der Spritz Schwelle kann Spritzwasser durch sehr kleine lokalisierte Oberflächenrauheit und Nebenstrahl Unruhe ausgelöst. Er zeigte auch, dass unter diesen Bedingungen Lamellen Abheben und Wiederbefestigung ist ein stochastischer Prozess 13. Die hier beschriebenen experimentellen Protokoll kann verwendet werden, um andere physikalische Situationen mit der Wechselwirkung einer Flüssigkeit mit einer hohen Geschwindigkeit bewegenden Oberfläche zu untersuchen. Beispielsweise könnte der gleiche Ansatz verwendet, um Hubschrauber blad studierenE-Wirbel-Wechselwirkung (vorausgesetzt, daß der Wirbel-Flüssigkeit wurde mit Markierungspartikeln gefärbt) und automatisierten Spritz von Oberflächen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td colspan="4">Equipment for Air Cannon Set-Up</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>30-gallon air tank</td>
			<td>Steel Fab</td>
			<td>A10028</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solenoid actuated poppet valve</td>
			<td>Parker Hannifin Corp.</td>
			<td>#16F24C2164A3F4C80</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1.5&#34;NPT rubber hose</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rectangular steel tubing</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stop mechanism</td>
			<td>Customized</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stainless steel plates</td>
			<td>Customized</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wooden projectile</td>
			<td>Customized</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1kw high-intensity incandescent light</td>
			<td>Photographic Analysis Ltd.</td>
			<td>T986851</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light diffuser sheet</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optic sensor</td>
			<td>BANNER</td>
			<td>SM312LV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="4">Equipment for Spinning Disc Set-Up</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motor</td>
			<td>WEG</td>
			<td>TEFC-W22</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bearings</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disk</td>
			<td>Customized</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fiber optic light source</td>
			<td>Fiberoptics Technology Incorporated</td>
			<td>MO150AC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High intensity LED array</td>
			<td>Torshare Ltd.</td>
			<td>TF10CA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum</td>
			<td>Ridge Tool Company</td>
			<td>WD09450</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Interrupter</td>
			<td>Customized</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="4">Shared Equipment for Both Devices</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phantom v611 high-speed cine camera</td>
			<td>Vision Research Inc.</td>
			<td>V611</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phantom v12 high-speed cine camera</td>
			<td>Vision Research Inc.</td>
			<td>V12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zoom 7000 lens</td>
			<td>Navitar Inc.</td>
			<td>Zoom 7000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zoom 6000 lens</td>
			<td>Navitar Inc.</td>
			<td>Zoom 6000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Compressed nitrogen tank</td>
			<td>Praxair Technology, Inc.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pressure regulator</td>
			<td>Praxair Technology, Inc.</td>
			<td>PRS20124351CGA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hose for compressed nitrogen</td>
			<td>Swagelok Company</td>
			<td>SS-CT8SL8SL8-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hose for liquid</td>
			<td>Swagelok Company</td>
			<td>SS-7R8TA8TA8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Accumulator</td>
			<td>Accumulators, Inc.</td>
			<td>A131003XS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solenoid Valve</td>
			<td>Solenoid Solutions Inc.</td>
			<td>2223X-A440-00</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pressure transducer</td>
			<td>WIKA Instruments Ltd</td>
			<td>#50398083</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nozzle assembly</td>
			<td>Customized</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycerin</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(ethylene oxide)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

visualization of high speed liquid jet impaction on a moving surface

Zwei Vorrichtungen zur Prüfung von flüssigem Strahlbeaufschlagungsplatte auf einem Hochgeschwindigkeits-Bewegungsfläche beschrieben: eine Luftkanonenvorrichtung (für die Prüfung Gleitgeschwindigkeiten zwischen 0 und 25 m / sec) und einer Spinnplattenvorrichtung (für die Prüfung Oberflächengeschwindigkeiten zwischen 15 und 100 m / sec). Die Luftkanone Linearbewegung ist ein pneumatischer Energie betriebene System, das ausgelegt ist, um eine Metallschiene Oberfläche auf einem Holz Projektils montiert beschleunigen. Druckbeaufschlagtes Zylinder mit einem Magnetventil ausgestattet schnell frei von Druckluft in den Zylinder und zwingt das Projektil auf der Kanonenrohr. Das Geschoß bewegt unter einer Sprühdüse, die einen Flüssigkeitsstrahl auf seinem oberen Metalloberfläche auftrifft, und das Projektil trifft dann auf einen Stoppmechanismus. Eine Kamera zeichnet die Strahlbeaufschlagungsplatte, und ein Druckwandler erfasst die Sprühdüse Gegendruck. Die sich drehende Scheibe Set-up besteht aus einer Stahlplatte, die Geschwindigkeiten von 500 bis 3000 Umdrehungen pro Minute über einen Frequenzumrichter (VFD) Motor erreicht. Ein Sprühsystem similar derjenigen der Luftkanone erzeugt einen Flüssigkeitsstrahl, der auf die sich drehende Scheibe auftrifft und Kameras an mehreren optischen Zugangspunkte gelegt aufzuzeichnen Strahlbeaufschlagungsplatte. Videoaufnahmen von Strahlaufprallverfahren werden aufgezeichnet und untersucht, um festzustellen, ob das Ergebnis der Aufprall ist Splash, Splatter, oder Ablagerung. Die Geräte sind die ersten, die die Hochgeschwindigkeits Auftreffen des Nieder Reynolds-Zahl Flüssigkeitsstrahlen mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Oberflächen beinhalten. Zusätzlich zu ihrer Bahnindustrie Anwendungen kann die beschriebene Technik für technische und industrielle Zwecke, wie etwa Stahl verwendet werden und können relevante Hochgeschwindigkeits-3D-Drucken.

<html> Wie in der Einleitung erwähnt, die drei wichtigsten Verhaltensweisen mit flüssigen Strahlaufprall verbunden sind Abscheidung, Splatter und Spritzwasser. Diese Strahlaufprallverhalten werden mit Hilfe von Hochgeschwindigkeitsfilmkameras mit verschiedenen optischen Punkten positioniert zeichneten Videodaten beobachtet. Beispiele von Einzelbildern aus den Videoaufnahmen, die die drei Flüssigkeitsstrahl Ergebnisse zeigen erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 3 gezeigten Abbildung 3A z...

Watch this Scientific Journal Video about Visualization of High Speed Liquid Jet Impaction on a Moving Surface at JoVE.com

Visualization of High Speed Liquid Jet Impaction on a Moving Surface

Two experimental devices for examining liquid jet impingement on a high-speed moving surface are described: an air cannon device and a spinning disk device. The apparatuses are used to determine optimal approaches to the application of liquid friction modifier (LFM) onto rail tracks for top-of-rail friction control.

Visualisierung von High-Speed-Flüssigkeitsstrahl-Impaction auf einer sich bewegenden Oberfläche

Two apparatuses for examining liquid jet impingement on a high-speed moving surface are described: an air cannon device (for examining surface speeds ...

visualization-of-high-speed-liquid-jet-impaction-on-a-moving-surface

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Engineering

Physics

Mechanical Engineering

Unit 1

Planar Kinematics of a Rigid Body

Motion in Two or Three Dimensions

SCIENTISTS IN ACTION

11.3K Aufrufe.  University of British Columbia. Two experimental devices for examining liquid jet impingement on a high-speed moving surface are described: an air cannon device and a spinning disk device. The apparatuses are used to determine optimal approaches to the application of liquid friction modifier (LFM) onto rail tracks for top-of-rail friction control.