Le Conseil de recherches en génie du Canada (CRSNG) et LB Foster ferroviaires Technologies, Corp. sciences naturelles et soutenu conjointement cette recherche à travers le programme de recherche et développement coopérative du CRSNG Grant.

Dispositif de disque 1. Spinning <ol><li> Identifier les conditions de test souhaités et conditions d&#39;essai d&#39;enregistrement dans une table (par exemple, la température ambiante, les propriétés des fluides, jet et la vitesse de surface, etc.). </li><li> Préparation des matériaux <ol><li> Préparer des solutions dans l&#39;eau ou de la glycérine PEO-glycérine-eau pour les essais d&#39;impact. <ol><li> Dans le cas de tests PEO-glycérine-eau, dissoudre progressivement 4,5 g de poudre PEO (poids moléculaire moyenne en viscosité de un million et quatre millions d&#39;euros) dans 1495,5 g d&#39;eau distillée sous agitation magnétique douce sur une période de 24 heures. Évitez agitation excessive l&#39;échantillon PEO pour empêcher la dégradation mécanique. </li><li> Ajouter graduellement 1,5 kg de glycérine USP-grade à la solution aqueuse de PEO sur une période de 24 heures pour atteindre une solution aqueuse de 0,15% la concentration de PEO et 50% la concentration de glycérine. </li></ol></li><li> Stocker les liquides d&#39;essai séparément dans des contenants hermétiques sous RT avant et après chaque test pour mini-Mize évaporation, l&#39;absorption de l&#39;eau de l&#39;air ambiant et de la contamination. Caractériser et pulvériser des liquides dans les cinq jours de préparation. </li></ol></li><li> Performance d&#39;expériences <ol><li> Assurez-vous que la valve d&#39;alimentation en air du coussin d&#39;air à disque tournant est ouverte et la lecture de la jauge de pression est dans la plage de fonctionnement correct (60-80 psig). Effacer tout ce qui pourrait entraver le mouvement de disque et tourner le disque à la main dans les deux sens 5 rotations pour vérifier tous les problèmes avec le disque et les roulements. </li><li> Le gaz comprimé propre et sécuritaire fermé accumulateur pour fluide d&#39;essai sous pression. Verser 3 kg de liquide d&#39;essai dans l&#39;orifice de fluide de l&#39;accumulateur de 1 gallon. </li><li> Connecter le port de gaz de l&#39;accumulateur vers le réservoir d&#39;azote par l&#39;intermédiaire d&#39;un régulateur de pression. Connecter le port de fluide de l&#39;accumulateur vers la buse jet de pulvérisation. </li></ol></li><li> Mettre en place le système de contrôle et un système d&#39;imagerie à haute vitesse. <ol><li> Démarrez le logiciel de commande de disque de filage et logiciel de contrôle VFD.Position deux ciné caméras 35 cm de distance du point d&#39;impact à haute vitesse et ajuster les verres à fort grossissement pour capturer le point d&#39;impact sous deux angles. </li><li> Réglez la source de lumière 150 W fibre optique de parvenir à un fond uniformément éclairé pour une meilleure qualité de l&#39;image (Figure 1). Mettez le système de contrôle à ce stade de faciliter l&#39;ajustement de la caméra. </li><li> Effectuer la routine auto-contrôle en cliquant sur le bouton &#39;auto-contrôle »dans le logiciel de contrôle pour se assurer que le système fonctionne comme prévu. </li></ol></li><li> Effectuer un test d&#39;impact de jet <ol><li> Réglez la vitesse du disque à la valeur désirée avec le logiciel de contrôle de VFD (500-3&#39;000 rpm). </li><li> Pour effectuer un test, lancer la séquence expérimentale automatisé à partir du logiciel de commande en cliquant sur le bouton &#39;de séquence de test&#39;. Le logiciel va déterminer les paramètres optimaux et coordonner automatiquement chaque composant du système pour effectuer le test en conséquence. </li><li> Enregistrez la vidéo de test d&#39;impact qui en résulte (voir, par exemple, la capture d&#39;écran de la figure 2). Lire et la vitesse de surface du disque, la buse-pression et de la température à partir du logiciel de commande. Remarque: Après chaque essai, une séquence de nettoyage de disque se exécute automatiquement pour rincer et sécher la surface du disque. Répéter le cycle de nettoyage en tant que nécessaire jusqu&#39;à ce que tous les résidus de fluide d&#39;essai a été retiré. ATTENTION: Bien que les fluides de test avec la solution d&#39;eau et de la glycérine peuvent être nettoyées avec la séquence de nettoyage, d&#39;autres LFMs besoin d&#39;être nettoyé avec des solvants organiques tels que l&#39;acétone. Dans de tels cas, appliquer le matériau de nettoyage pour un tissu plutôt que le disque de pulvérisation directement. </li></ol></li><li> Analyse des données <ol><li> Préparer une feuille de calcul contenant des informations sur chaque condition d&#39;essai (par exemple, les propriétés du fluide, la température ambiante, la rugosité de surface, etc.). </li><li> Ouvrez les images jet d&#39;impact enregistrés avec le logiciel de visualisation ciné, lire les enregistrements vidéo illimités à la normaleaccélérer et d&#39;observer les comportements jet d&#39;impact. </li><li> Enregistrer les caractéristiques de comportement d&#39;impact (splash / projections / dépôt; voir la figure 3) dans la feuille de prêts, enregistrant tous les tendances inhabituelles qui peuvent indiquer des complications avec l&#39;expérimental. </li><li> Enregistrer les résultats et conditions d&#39;essai dans un tableur. Consigner les résultats notables et événements inhabituels dans le journal de test (par exemple, splash / dépôt points de seuil, des transitions splash / de dépôt, etc.). Enregistrer screenshots lorsque cela est nécessaire. </li><li> Effectuer des mesures d&#39;analyse d&#39;images et d&#39;enregistrer des données. <ol><li> Lancez l&#39;outil de mesure de pixel à l&#39;écran. Images collision ouverts et calibrer l&#39;échelle de l&#39;image en mesurant un micro-chef dans les images avec l&#39;outil de mesure de pixel à l&#39;écran (Figure 4). </li><li> Dimensions de la mesure de l&#39;intérêt (par exemple, la largeur lamelle de propagation, W et lamelles rayon de point de stagnation, R; voir la Figure 5) avec la mesure de pixel tOOL à un point où le jet semble être plus stable dans les données vidéo et enregistre la feuille de calcul préparée. Puis prendre un autre groupe de mesures 100 images après le premier groupe de mesures pour confirmer que tant le jet et la lamelle sont stables. points de données sur un graphe et complètent la courbe d&#39;ajustement. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. Air Cannon périphérique <ol><li> Identifier les conditions de test souhaités et préparer le matériel que dans l&#39;étape 1.1 et l&#39;étape 1.2. </li><li> Performance d&#39;expériences <ol><li> Alimenter le logiciel système de contrôle. </li><li> Insérer le projectile dans le canon de canon. Déplacez le mécanisme d&#39;arrêt près de la sortie du canon de saisir correctement le projectile après un test (Figure 6). </li><li> Ouvrir la conduite d&#39;air sous pression de construction menant au réservoir d&#39;air. À pressuriser le réservoir entre 30 psi et 70 psi, en fonction de la vitesse du projectile souhaité. La pression du réservoir 30 psi donne une vitesse de projectile de l&#39;ordre de 5m / sec, et 70 psi donne une vitesse d&#39;environ 25 m / sec. </li><li> Préparer le gaz comprimé pour accumulateur fermé fluide d&#39;essai sous pression. <ol><li> Verser 3 kg de liquide d&#39;essai dans l&#39;orifice de fluide de l&#39;accumulateur. Connectez tuyau de la vanne de gaz de l&#39;accumulateur au liquide buse jet de pulvérisation, et régler la pression de l&#39;accumulateur à un maximum de 300 psi. </li></ol></li><li> Fixez la caméra à la prise de ciseaux. Fixer le cric en ciseaux de la plate-forme positionnée à côté de la buse à jet de pulvérisation. </li><li> Fixer la source de lumière de haute intensité à la plate-forme positionnée en face de la caméra et derrière la feuille de diffusion. Vérifiez l&#39;éclairage et la caméra positionnement en utilisant la fonction de visualisation de la caméra vidéo de l&#39;interface de configuration du logiciel, et ajuster le positionnement si nécessaire (figure 7). </li><li> Mettez cache-oreilles pour se protéger du canon à air souffle sonore. </li><li> Déverrouillez le panneau de commande de canon, et appuyez sur le bouton d&#39;alerte sur le panneau de commande plusieurs fois pour signalerle début d&#39;une expérience. </li><li> Appuyez sur le bouton du panneau de commande qui ouvre l&#39;électrovanne reliant le réservoir d&#39;air avec le canon de canon à air. </li><li> Après que le dispositif a été tiré et capturé le projectile, nettoyer l&#39;appareil en l&#39;essuyant avec de fluide et une éponge pour enlever fluide d&#39;essai résiduelle nettoyage. Enfin, sécher la surface d&#39;impact du projectile. </li></ol></li><li> Mesurer la vitesse du projectile dans la vidéo à grande vitesse enregistrée en mesurant la quantité de temps nécessaire pour que le projectile pour parcourir une distance fixe (10 cm). Analyser les données comme dans l&#39;étape 1.5. </li></ol>

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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. 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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>

Les auteurs ne ont rien à divulguer.

Le projectile utilisé pour le canon à air set-up est composé de, une base en bois léger. Bien que les rognures de bois légèrement après de nombreux essais, il a été trouvé à absorber l&#39;énergie cinétique de projectiles de manière plus efficace sont constitués de matières telles que le plastique ou le métal, qui ont tendance à se briser lors de l&#39;impact du mécanisme d&#39;arrêt. Les dimensions du projectile en bois sont conçus pour correspondre étroitement à l&#39;intérieur du canon de l&#3...

Cette recherche vise à déterminer des stratégies pour appliquer LFM (Liquid modificateur de friction) sous forme de jet de liquide sur une surface en mouvement tout en atteignant de hauts degrés d&#39;efficacité de transfert et les résultats de dépôt uniformes. Pour atteindre cet objectif consiste à développer une compréhension approfondie des facteurs qui influent sur les jets de liquide sur les surfaces mobiles. Le projet est motivé par la nécessité d&#39;améliorer l&#39;efficacité des techniques d&#39;application de lubrification utilisés dans le secteur ferroviaire. Dans le but de réduire la consommation de carburant et des coûts de maintenance de locomotives, un film mince d&#39;agent de modification de frottement est maintenant appliquée à la surface supérieure du rail de voie ferrée classiques. Des études récentes ont montré que l&#39;application d&#39;un type de LFM à base d&#39;eau pour le haut du rail (TOR) contrôle de la friction des niveaux de consommation d&#39;énergie réduite de 6% et le rail et la roue bride porter par plus de 50% de 1,2. D&#39;autres études ont montré que l&#39;application de LFM pour voies ferrées réduires force latérale et niveaux de bruit ainsi que, plus important encore, l&#39;ondulation de la piste et les dommages causés par la fatigue de contact de roulement, ce qui est une cause majeure de déraillements 3,4. Ces résultats ont ensuite été confirmés lors de tests sur le terrain sur le système de métro de Tokyo cinq. LFMs sont actuellement dispensés de atomiseurs de souffle d&#39;air attachés à des dizaines de locomotives au Canada et aux États-Unis. Dans cette forme d&#39;application, LFM est appliquée au sommet de la voie ferrée par atomiseurs monté sous déplacer les wagons. Ce mode d&#39;application LFM est difficile à mettre en œuvre sur de nombreuses locomotives de chemin de fer parce que le niveau d&#39;alimentation en air à haute pression de haut-volume et requise peuvent ne pas être réalisable. Buses de pulvérisation Air-fourneaux sont également soupçonnés de produire une couverture ferroviaire très irrégulière lorsqu&#39;il est utilisé dans un vent de travers, comme les vents latéraux provoquent fines gouttelettes de se écarter de leur trajectoire initiale. Les vents latéraux sont également connus pour être impliqués dans la buse encrassement, probablement pour la mêmeraison. En raison de problèmes liés à atomiseurs de souffle de l&#39;air, le secteur ferroviaire est présentement à la recherche des approches alternatives à l&#39;application de LFM sur les pistes de chemin de fer. Une solution viable implique LFM distribution au moyen d&#39;une (non atomisé) jet continu de liquide, comme des jets de liquide sont moins sensibles aux effets de vent de travers en raison de leur rapport traînée inférieur à inertie. En outre, parce que les niveaux élevés de pression d&#39;air et le volume nécessaires pour les buses de pulvérisation ne sont pas tenus de liquides technologies jet de pulvérisation, ce dernier acte en tant que mécanismes de pulvérisation plus simples et robustes qui maintiennent un contrôle effectif sur le taux d&#39;application de LFM. Un domaine de la physique similaire, gouttelettes impact, a été étudiée de manière intensive. Il a été constaté par plusieurs chercheurs que pour un empiétement gouttelettes sur une surface lisse sec déplacer, éclaboussant le comportement dépend de nombreux paramètres, dont la viscosité, la densité, la tension de surface et la composante normale de la vitesse d&#39;impact 14,15. Oiseau <em&gt; et al. a démontré que les deux vitesses normales et tangentielles étaient d&#39;une importance cruciale 16. Range et al. Et Crooks et al. Ont montré que des gouttelettes impact sur ​​une surface sèche stationnaire, rugosité de surface diminue le seuil de démarrage de manière significative (ie, il fait la gouttelette plus enclins à éclabousser) 17,18. Malgré son importance pratique, les jets sur les surfaces mobiles a reçu peu d&#39;attention dans la littérature académique. Chiu-Webster et Lister effectué une vaste série d&#39;expériences qui a examiné jet visqueux impact permanent et transitoire sur une surface mobile, et les auteurs ont élaboré un modèle pour le cas de flux constant 6. Hlod et al. A modélisé les flux au moyen d&#39;un ODE troisième ordre sur un domaine de longueur inconnue dans une condition intégrante supplémentaires et configurations prédites par rapport aux résultats expérimentaux 7. Cependant, les nombres de Reynolds examinésdans ces deux études sont beaucoup plus faibles que ceux associés aux applications typiques chemin de fer de LFM. Gradeck et al. Étudié expérimentalement et numériquement le domaine de l&#39;impact de jet d&#39;eau d&#39;écoulement sur ​​un substrat mobile sous divers vitesse du jet, la vitesse de surface, et des conditions de diamètre de buse 8. Fujimoto et al. Caractéristiques d&#39;écoulement en outre une enquête d&#39;un jet d&#39;eau circulaire empiéter sur un substrat mobile recouvert d&#39;une mince pellicule d&#39;eau neuf. Cependant, ces deux projets ont utilisé relativement grands diamètres de buse et surface inférieure et des vitesses de réaction par rapport à ceux utilisés dans le présent ouvrage. En outre, bien que les études expérimentales, numériques et analytiques précédentes fournissent une grande quantité de données, la majorité ont mis l&#39;accent sur les paramètres de transfert de chaleur plutôt que sur les processus d&#39;écoulement de liquide tels que le comportement jet d&#39;éclaboussures. La méthode expérimentale prévu dans la présente recherche contribue ainsi à liquides technologies d&#39;application de jet de REla sanction de telles techniques dans des conditions impliquant des diamètres de buses petit jet et jet et de surface vitesses à grande vitesse. Le présent procédé permet également d&#39;affiner les connaissances sur les problèmes fondamentaux de la mécanique des fluides liés au déplacement des lignes de contact. Les études mentionnées ci-dessus ont généralement impliqué l&#39;interaction d&#39;un jet à basse vitesse avec une surface à faible vitesse de déplacement. Il ya eu relativement peu d&#39;études sur l&#39;impact des jets laminaire à haute vitesse sur les surfaces mobiles à haut débit. Pendant jet liquide impaction à haute vitesse du liquide de jet se étend radialement au voisinage de l&#39;emplacement d&#39;impact, formant une lamelle mince. Cette lamelle est ensuite par convection en aval par le forçage visqueux prélevée par la surface en mouvement, produisant une lamelle en forme de U caractéristique. Keshavarz et al. Ont rapporté des expériences utilisant des jets de liquide newtoniens et élastiques empiétant sur ​​des surfaces à haute vitesse. Ils ont classé les processus de collision en deux types distincts: &quot;dépôt &amp;# 8221; et &quot;Splash&quot; 10. Pour collision être considéré comme le dépôt, le liquide de jet doit adhérer à la surface, tandis que les projections se caractérise par une lamelle liquide qui se sépare de la surface et ensuite se décompose en gouttelettes. Un troisième régime d&#39;impact a également été décrite - &quot;éclaboussures&quot;. En cela, relativement rare, le régime lamelle reste attachée à la surface, comme par «dépôt», mais fines gouttelettes soient éjectées à partir de près du bord d&#39;attaque de la lamelle. Dans une étude ultérieure des effets de fluides non-newtoniens, Keshavarz et al. A conclu que le / seuil de dépôt de démarrage est principalement déterminée par les nombres de Reynolds et Deborah, alors que l&#39;angle d&#39;impact de jet et de la vitesse du jet de surface rapports de vitesse ne ont qu&#39;un effet mineur 11 . Dans les expériences menées dans le cadre des pressions ambiantes d&#39;air variable, Moulson et al. Découvert que le splash / dépôt seuil nombre de Reynolds de façon spectaculaireaugmente avec la diminution de pression de l&#39;air ambiant (ce est à dire, la hausse des pressions ambiantes font jets plus enclins à éclabousser), tout en diminuant la pression de l&#39;air ambiant en dessous d&#39;un certain seuil supprime complètement splash 12. Cette constatation suggère fortement que les forces aérodynamiques agissant sur la lamelle jouent un rôle crucial dans l&#39;apparition de lamelles lift-off et les éclaboussures ultérieure. Dans les travaux récents sur impact à haute vitesse sur un substrat à haute vitesse, Sterling a montré que pour la vitesse de substrat et des conditions de jet proches du seuil de démarrage, éclaboussure peut être déclenchée par une très faible rugosité de surface localisée et mineure instabilité du jet. Il a également montré que, dans ces conditions lamelles lift-off et le rattachement est un processus stochastique 13. Le protocole expérimental est décrit ici peut être utilisé pour étudier d&#39;autres situations physiques impliquant l&#39;interaction d&#39;un fluide avec une surface en mouvement à grande vitesse. Par exemple, la même approche pourrait être utilisée pour étudier hélicoptère bladinteraction e-vortex (à condition que le fluide à tourbillons a été coloré avec des particules de traceur) et la pulvérisation des surfaces robotique.

<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

Deux appareils d&#39;examen impact des jets de liquide sur une surface en mouvement à grande vitesse sont décrits: un dispositif de canon à air (de l&#39;examen d&#39;une vitesse de surface comprise entre 0 et 25 m / s) et un dispositif à disque tournant (de l&#39;examen d&#39;une vitesse de surface comprise entre 15 et 100 m / sec). Le canon à air traverse linéaire est un système alimenté en énergie pneumatique qui est conçu pour accélérer une surface de rail métallique monté sur le dessus d&#39;un projectile en bois. Cylindre sous pression équipé d&#39;une valve solénoïde libère rapidement de l&#39;air sous pression dans le cylindre, ce qui oblige le projectile dans le canon de canon. Le projectile se déplace en dessous d&#39;une buse de pulvérisation, qui frappe un jet de liquide sur sa surface supérieure métallique, et ensuite le projectile frappe un mécanisme d&#39;arrêt. Une caméra enregistre l&#39;impact de jet, et un capteur de pression enregistre la contre-pression de buse de pulvérisation. Le disque rotatif set-up se compose d&#39;un disque en acier qui atteint des vitesses de 500 à 3000 rpm via un entraînement à fréquence variable (VFD) moteur. Un SI système de pulvérisationmilar à celle du canon à air génère un jet de liquide qui empiète sur le disque tournant, et des caméras placées à plusieurs points d&#39;accès optique enregistrer la impact de jet. Les enregistrements vidéo des processus d&#39;impact de jet sont enregistrées et examinées afin de déterminer si le résultat d&#39;impact est splash, éclaboussures, ou dépôt. Les appareils sont les premiers qui impliquent l&#39;impact à grande vitesse des jets de liquide à faible nombre de Reynolds sur des surfaces se déplaçant à grande vitesse. En plus de ses applications de l&#39;industrie ferroviaire, la technique décrite peut être utilisé à des fins techniques et industriels tels que la production d&#39;acier et peut être pertinent à l&#39;impression 3D à haute vitesse.

<html> Comme indiqué dans l&#39;introduction, les trois principaux comportements associés à l&#39;impact des jets de liquide sont dépôt, les éclaboussures et les éclaboussures. Ces comportements jet d&#39;impact sont observées en utilisant des données vidéo enregistrées par les caméras de ciné à grande vitesse positionnés à différents points optiques. Exemples d&#39;images fixes, obtenus à partir des enregistrements vidéo, qui représentent les trois résultats liquides de jet sont présentés dans <st...

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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.

Visualisation de High Speed ​​Liquid Jet impaction sur une surface en mouvement

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

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11.3K vues.  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.

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High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses triangulation between matching points in two views of the same scene at different angles to compute depth.&#160;However, unlike a stereo-based method, DFP uses a digital video projector to replace one of the cameras1. The projector rapidly projects a known sinusoidal pattern onto the subject, and the surface of the subject distorts these patterns in the camera&#8217;s field of view. Three distorted patterns (fringe images) from the camera can be used to compute the depth using triangulation.
Unlike other 3D measurement methods, DFP techniques lead to systems that tend to be faster, lower in equipment cost, more flexible, and easier to develop.&#160;DFP systems can also achieve the same measurement resolution as the camera.&#160;For this reason, DFP and other digital structured light techniques have recently been the focus of intense research (as summarized in1-5). Taking advantage of DFP, the graphics processing unit, and optimized algorithms, we have developed a system capable of 30&#160;Hz 3D video data acquisition, reconstruction, and display for over 300,000 measurement points per frame6,7.&#160;Binary defocusing DFP methods can achieve even greater speeds8.
Diverse applications can benefit from DFP techniques. Our collaborators have used our systems for facial function analysis9, facial animation10, cardiac mechanics studies11, and fluid surface measurements, but many other potential applications exist.&#160;This video will teach the fundamentals of DFP techniques and illustrate the design and operation of a binary defocusing DFP system.

This video describes the fundamentals of digital fringe projection techniques, which provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;It also demonstrates the design and operation of a high-speed binary defocusing system based on these techniques.

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses ...

Recherche

Ingénierie

High-speed Particle Image Velocimetry Near Surfaces

Multi-dimensional and transient flows play a key role in many areas of science, engineering, and health sciences but are often not well understood. The complex nature of these flows may be studied using particle image velocimetry (PIV), a laser-based imaging technique for optically accessible flows. Though many forms of PIV exist that extend the technique beyond the original planar two-component velocity measurement capabilities, the basic PIV system consists of a light source (laser), a camera, tracer particles, and analysis algorithms. The imaging and recording parameters, the light source, and the algorithms are adjusted to optimize the recording for the flow of interest and obtain valid velocity data. 
Common PIV investigations measure two-component velocities in a plane at a few frames per second. However, recent developments in instrumentation have facilitated high-frame rate (&gt; 1 kHz) measurements capable of resolving transient flows with high temporal resolution. Therefore, high-frame rate measurements have enabled investigations on the evolution of the structure and dynamics of highly transient flows. These investigations play a critical role in understanding the fundamental physics of complex flows.
A detailed description for performing high-resolution, high-speed planar PIV to study a transient flow near the surface of a flat plate is presented here. Details for adjusting the parameter constraints such as image and recording properties, the laser sheet properties, and processing algorithms to adapt PIV for any flow of interest are included.

A procedure for studying transient flows near boundaries using high-resolution, high-speed particle image velocimetry (PIV) is described here. PIV is a non-intrusive measurement technique applicable to any optically accessible flow by optimizing several parameter constraints such as the image and recording properties, the laser sheet properties, and analysis algorithms.

Particules à haute vitesse vélocimétrie par image de près de surfaces

Multi-dimensional and transient flows play a key role in many areas of science, engineering, and health sciences but are often not well understood. The ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of biosensing devices. We report on a protocol of using KrF and ArF lasers irradiating Si (001) samples immersed in a liquid environment with low number of pulses and operating at moderately low pulse fluences to induce Si wettability modification. Wafers immersed for up to 4 hr in a 0.01% H2O2/H2O solution did not show measurable change in their initial contact angle (CA) ~75&#176;. However, the 500-pulse KrF and ArF lasers irradiation of such wafers in a microchamber filled with 0.01% H2O2/H2O solution at 250 and 65 mJ/cm2, respectively, has decreased the CA to near 15&#176;, indicating the formation of a superhydrophilic surface. The formation of OH-terminated Si (001), with no measurable change of the wafer&#8217;s surface morphology, has been confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy measurements. The selective area irradiated samples were then immersed in a biotin-conjugated fluorescein-stained nanospheres solution for 2 hr, resulting in a successful immobilization of the nanospheres in the non-irradiated area. This illustrates the potential of&#160;the method for selective area biofunctionalization and fabrication of advanced Si-based biosensing architectures. We also describe a similar protocol of irradiation of wafers immersed in methanol (CH3OH) using ArF laser operating at pulse fluence of 65 mJ/cm2 and in situ formation of a strongly hydrophobic surface of Si (001) with the CA of 103&#176;. The XPS results indicate ArF laser induced formation of Si&#8211;(OCH3)x compounds responsible for the observed hydrophobicity. However, no such compounds were found by XPS on the Si surface irradiated by KrF laser in methanol, demonstrating the inability of the KrF laser to photodissociate methanol and create -OCH3 radicals.

We report on a process of in situ alteration of HF treated Si (001) surface into a hydrophilic or hydrophobic state by irradiating samples in microfluidic chambers filled with&#160;H2O2/H2O solution (0.01%-0.5%) or methanol solutions using pulsed UV laser of a relative low pulse fluence.

Selective Area Modification de la Silicon mouillabilité de surface par irradiation laser pulsé UV en milieu liquide

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

Three-dimensional Particle Tracking Velocimetry for Turbulence Applications: Case of a Jet Flow

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic recording of image sequences. The basic components, features, constraints and optimization tips of a 3D-PTV topology consisting of a high-speed camera with a four-view splitter are described and discussed in this article. The technique is applied to the intermediate flow field (5 &#60;x/d &#60;25) of a circular jet at Re &#8776; 7,000. Lagrangian flow features and turbulence quantities in an Eulerian frame are estimated around ten diameters downstream of the jet origin and at various radial distances from the jet core. Lagrangian properties include trajectory, velocity and acceleration of selected particles as well as curvature of the flow path, which are obtained from the Frenet-Serret equation. Estimation of the 3D velocity and turbulence fields around the jet core axis at a cross-plane located at ten diameters downstream of the jet is compared with literature, and the power spectrum of the large-scale streamwise velocity motions is obtained at various radial distances from the jet core.

A three-dimensional particle tracking velocimetry (3D-PTV) system based on a high-speed camera with a four-view splitter is described here. The technique is applied to a jet flow from a circular pipe in the vicinity of ten diameters downstream at Reynolds number Re &#8776; 7,000.

Trois dimensions Velocimetry de suivi des particules pour Turbulence Applications: Cas d&#39;un débit de jet

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic ...

High-speed Continuous-wave Stimulated Brillouin Scattering Spectrometer for Material Analysis

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as aqueous solutions and biomaterials, with fast acquisition times. Here, we discuss the assembly and operation of a Brillouin spectrometer that uses stimulated Brillouin scattering (SBS) to measure stimulated Brillouin gain (SBG) spectra of water and lipid emulsion-based tissue-like samples in transmission mode with &lt;10 MHz spectral-resolution and &lt;35 MHz Brillouin-shift measurement precision at &lt;100 ms. The spectrometer consists of two nearly counter-propagating continuous-wave (CW) narrow-linewidth lasers at 780 nm whose frequency detuning is scanned through the material Brillouin shift. By using an ultra-narrowband hot rubidium-85 vapor notch filter and a phase-sensitive detector, the signal-to-noise-ratio of the SBG signal is significantly enhanced compared to that obtained with existing CW-SBS spectrometers. This improvement enables measurement of SBG spectra with up to 100-fold faster acquisition times, thereby facilitating high spectral-resolution and high-precision Brillouin analysis of soft materials at high speed.

We describe the construction of a rapid continuous-wave-stimulated-Brillouin-scattering (CW-SBS) spectrometer. The spectrometer employs single-frequency diode-lasers and an atomic vapor notch-filter to acquire transmission spectra of turbid/non-turbid samples with high spectral-resolution at speeds up to 100-fold faster than those of existing CW-SBS spectrometers. This improvement enables high-speed Brillouin material analysis.

Spectromètre à diffusion Brillouin stimulée onde continue à grande vitesse pour l’analyse des matériaux

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as ...

Preparation and High-temperature Anti-adhesion Behavior of a Slippery Surface on Stainless Steel

Anti-adhesion surfaces with high-temperature resistance have a wide application potential in electrosurgical instruments, engines, and pipelines. A typical anti-wetting superhydrophobic surface easily fails when exposed to a high-temperature liquid. Recently, Nepenthes-inspired slippery surfaces demonstrated a new way to solve the adhesion problem. A lubricant layer on the slippery surface can act as a barrier between the repelled materials and the surface structure. However, the slippery surfaces in previous studies rarely showed high-temperature resistance. Here, we describe a protocol for the preparation of slippery surfaces with high-temperature resistance. A photolithography-assisted method was used to fabricate pillar structures on stainless steel. By functionalizing the surface with saline, a slippery surface was prepared by adding silicone oil. The prepared slippery surface maintained the anti-wetting property for water, even when the surface was heated to 300 &#176;C. Also, the slippery surface exhibited great anti-adhesion effects on soft tissues at high temperatures. This type of slippery surface on stainless steel has applications in medical devices, mechanical equipment, etc.

Slippery surfaces provide a new way to solve the adhesion problem. This protocol describes how to fabricate slippery surfaces at high temperatures. The results demonstrate that the slippery surfaces showed anti-wetting for liquids and a remarkable anti-adhesion effect on soft tissues at high temperatures.

Comportement contre les adhérences préparation et haute température d’une Surface glissante sur acier inoxydable

Anti-adhesion surfaces with high-temperature resistance have a wide application potential in electrosurgical instruments, engines, and pipelines. A ...

Method for Recording Broadband High Resolution Emission Spectra of Laboratory Lightning Arcs

Lightning is one of the most common and destructive forces in nature and has long been studied using spectroscopic techniques, first with traditional camera film methods and then digital camera technology, from which several important characteristics have been derived. However, such work has always been limited due to the inherently random and non-repeatable nature of natural lightning events in the field. Recent developments in lightning test facilities now allow the reproducible generation of lightning arcs within controlled laboratory environments, providing a test bed for the development of new sensors and diagnostic techniques to understand lightning mechanisms better. One such technique is a spectroscopic system using digital camera technology capable of identifying the chemical elements with which the lightning arc interacts, with these data then being used to derive further characteristics. In this paper, the spectroscopic system is used to obtain the emission spectrum from a 100 kA peak, 100 &#181;s duration lightning arc generated across a pair of hemispherical tungsten electrodes separated by a small air gap. To maintain a spectral resolution of less than 1 nm, several individual spectra were recorded across discrete wavelength ranges, averaged, stitched, and corrected to produce a final composite spectrum in the 450 nm (blue light) to 890 nm (near infrared light) range. Characteristic peaks within the data were then compared to an established publicly available database to identify the chemical element interactions. This method is readily applicable to a variety of other light emitting events, such as fast electrical discharges, partial discharges, and sparking in electrical equipment, apparatus, and systems.

Emission spectroscopy techniques have traditionally been used to analyze inherently random lightning arcs occurring in nature. In this paper, a method developed to obtain the emission spectroscopy from reproducible lightning arcs generated within a laboratory environment is described.

Méthode d'enregistrement des spectres d'émission à haute résolution à large bande des arcs de foudre de laboratoire

Lightning is one of the most common and destructive forces in nature and has long been studied using spectroscopic techniques, first with traditional ...

Impacts of Free-falling Spheres on a Deep Liquid Pool with Altered Fluid and Impactor Surface Conditions

Vertical impacts of spheres on clean water have been the subject of numerous water entry investigations characterizing cavity formation, splash crown ascension and Worthington jet stability. Here, we establish experimental protocols for examining splash dynamics when smooth free-falling spheres of varying wettability, mass, and diameter impact the free surface of a deep liquid pool modified by thin penetrable fabrics and liquid surfactants. Water entry investigations provide accessible, easily assembled and executed experiments for studying complex fluid mechanics. We present herein a tunable protocol for characterizing splash height, flow separation metrics, and impactor kinematics, and representative results which might be acquired if reproducing our approach. The methods are applicable when characteristic splash dimensions remain below approximately 0.5 m. However, this protocol may be adapted for greater impactor release heights and impact velocities, which augurs well for translating results to naval and industry applications.

This protocol demonstrates the basic experimental configuration for water entry experiments with free-falling spheres. Methods for the alteration of liquid surface with penetrable fabrics, the preparation of chemically non-wetting spheres, and steps for splash visualization and data extraction are discussed.

Impacts des sphères en chute libre sur une piscine profonde liquide avec des Conditions de Surface liquide altéré et frappe

Vertical impacts of spheres on clean water have been the subject of numerous water entry investigations characterizing cavity formation, splash crown ...

Determination of Aggregate Surface Morphology at the Interfacial Transition Zone (ITZ)

Here, we present a comprehensive method to illustrate the uneven distribution of the interfacial transition zone (ITZ) around the aggregate and the effect of aggregate surface morphology on the formation of ITZ. First, a model concrete sample is prepared with a spherical ceramic particle in roughly the central part of the cement matrix, acting as a coarse aggregate used in common concrete/mortar. After curing until the designed age, the sample is scanned by X-ray computed tomography to determine the relative location of the ceramic particle inside the cement matrix. Three locations of the ITZ are chosen: above the aggregate, on the side of the aggregate, and below the aggregate. After a series of treatments, the samples are scanned with a SEM-BSE detector. The resultant images were further processed using a digital image processing method (DIP) to obtain quantitative characteristics of the ITZ. The surface morphology is characterized at the pixel level based on the digital image. Thereafter, K-means clustering method is used to illustrate the effect of surface roughness on ITZ formation.

Determination of Aggregate Surface Morphology at the Interfacial Transition Zone ITZ

Hereby, we proposed a protocol to illustrate the effect of aggregate surface morphology on the ITZ microstructure. The SEM-BSE image were quantitatively analyzed to obtain ITZ's porosity gradient via digital image processing and a K-means clustering algorithm was further employed to establish a relationship between porosity gradient and surface roughness.

Détermination de la morphologie globale de surface à la zone de transition interfaciale (ZIT)

Here, we present a comprehensive method to illustrate the uneven distribution of the interfacial transition zone (ITZ) around the aggregate and the effect ...

High Throughput Analysis of Liquid Droplet Impacts

Experimental studies of liquid drop impacts on surfaces are often restricted in their scope due to the large range of possible experimental parameters such as material properties, impact conditions, and experimental configurations. Compounding this, drop impacts are often studied using data-rich high-speed photography, so that it is difficult to analyze many experiments in a detailed and timely manner. The purpose of this method is to enable efficient study of droplet impacts with high-speed photography by using a systematic approach. Equipment is aligned and calibrated to produce videos that can be accurately processed by a custom image processing code. Moreover, the file structure setup and workflow described here ensure efficiency and clear organization of data processing, which is carried out while the researcher is still in the lab. The image processing method extracts the digitized outline of the impacting droplet in each frame of the video, and processed data are stored for further analysis as required. The protocol assumes that a droplet is released vertically under gravity, and impact is recorded by a camera viewing from side-on with the drop illuminated using shadowgraphy. Many similar experiments involving image analysis of high-speed events could be addressed with minor adjustment to the protocol and equipment used.

This protocol enables efficient collection of experimental high-speed images of liquid drop impacts, and speedy analysis of those data in batches. To streamline these processes, the method describes how to calibrate and set up apparatus, generate an appropriate data structure, and deploy an image analysis script.

Analyse à débit élevé des impacts des gouttelettes liquides

Experimental studies of liquid drop impacts on surfaces are often restricted in their scope due to the large range of possible experimental parameters ...

Visualisation de High Speed ​​Liquid Jet impaction sur une surface en mouvement

Visualisation de High Speed Liquid Jet impaction sur une surface en mouvement