Le scienze naturali e ingegneria Research Council del Canada (NSERC) e LB Foster tecnologie ferroviarie, Corp. sostenuto congiuntamente questa ricerca attraverso il programma NSERC Collaborative Research e Development Grant.

1. Spinning dispositivo Disk <ol><li> Identificare le condizioni di prova desiderati e le condizioni di prova record di una tabella (ad esempio, la temperatura ambiente, proprietà dei fluidi, jet e la superficie di velocità, etc.). </li><li> Preparazione dei materiali <ol><li> Preparare soluzioni glicerina acqua o PEO-glicerina-acqua per le prove di urto. <ol><li> Nel caso delle prove PEO-glicerina-acqua, dissolverà gradualmente 4,5 g di polvere (PEO pesi molecolari viscosità media di un milione e quattro milioni) in 1495,5 g di acqua distillata sotto leggera agitazione magnetica per un periodo di 24 ore. Evitare eccessivamente agitando il campione PEO per prevenire il degrado meccanico. </li><li> Aggiungere gradualmente 1,5 kg di USP-grade glicerina alla soluzione acquosa PEO nelle 24 ore per raggiungere una soluzione acquosa del 0,15% concentrazione di PEO e concentrazione di glicerina 50%. </li></ol></li><li> Conservare i liquidi di prova separatamente in contenitori ermetici sotto RT prima e dopo ogni test per miniMize evaporazione, assorbimento d&#39;acqua da aria ambiente e la contaminazione. Caratterizzare e spruzzare liquidi entro cinque giorni di preparazione. </li></ol></li><li> Prestazioni di esperimenti <ol><li> Assicurarsi che la valvola di alimentazione dell&#39;aria del cuscinetto d&#39;aria disco rotante è aperto e la lettura del manometro è nel campo di lavoro corretta (60-80 psig). Chiaro tutto ciò che potrebbe impedire il movimento del disco e girare il disco a mano in entrambe le direzioni 5 rotazioni per verificare eventuali problemi con il disco e cuscinetti. </li><li> Pulire e fissare il gas compresso accumulatore chiuso per il fluido di prova pressurizzazione. Versare 3 kg di prova liquido nella valvola liquido dell&#39;accumulatore 1-gallone. </li><li> Collegare la porta gas dell&#39;accumulatore al serbatoio di azoto tramite un regolatore di pressione. Collegare la porta fluido dell&#39;accumulatore all&#39;ugello getto. </li></ol></li><li> Impostare sistema di controllo e sistema di imaging ad alta velocità. <ol><li> Avviare il software di controllo disco rotante e il software di controllo VFD.Posizione due cineprese ad alta velocità 35 centimetri di distanza dal punto di urto e regolare le lenti ad alto ingrandimento per catturare il punto di urto da due angolazioni. </li><li> Regolare la sorgente luminosa 150 W fibra ottica per ottenere uno sfondo illuminato uniformemente per una migliore qualità dell&#39;immagine (Figura 1). Accendere il sistema di controllo a questo punto per facilitare la regolazione della fotocamera. </li><li> Eseguire la routine di controllo facendo clic sul pulsante &#39;Self-check&#39; nel software di controllo per assicurarsi che il sistema funzioni come previsto. </li></ol></li><li> Eseguire un test jet impingement <ol><li> Impostare la velocità del disco sul valore desiderato con il software di controllo VFD (500-3.000 rpm). </li><li> Per eseguire un test, avviare la sequenza sperimentale automatizzato dal software di controllo facendo clic sul pulsante &#39;Sequenza di prova&#39;. Il software determina automaticamente i parametri ottimali e coordinare ciascun componente del sistema per eseguire il test di conseguenza. </li><li> Salvare il video di prova impingement risultante (vedi, per esempio, la schermata della Figura 2). Leggere e velocità superficie del disco, dell&#39;ugello pressione e la temperatura dal software di controllo. Nota: Dopo ogni prova, una sequenza di pulizia del disco viene eseguito automaticamente per sciacquare e asciugare la superficie del disco. Ripetere il ciclo di pulizia necessaria fino a quando tutti i residui del liquido di prova è stato rimosso. ATTENZIONE: Mentre i fluidi di prova soluzione di acqua e glicerina possono essere puliti con la sequenza di pulizia, altri LFMs devono essere puliti con solventi organici come acetone. In tali casi, applicare il materiale di pulizia per un panno, non spruzzare direttamente il disco. </li></ol></li><li> Analisi Dei Dati <ol><li> Preparare un foglio contenente informazioni su ogni condizione di test (ad esempio, proprietà del fluido, temperatura ambiente, rugosità superficiale, ecc). </li><li> Aprire le immagini jet impingement registrate con il software di visualizzazione cine, riprodurre le registrazioni complete di video alla normaleaccelerare e osservare i comportamenti jet urto. </li><li> Registra caratteristiche di comportamento impingement (schizzi / spruzzi / deposizione; vedi figura 3) nel foglio preparato, registrando qualsiasi tendenze insoliti che potrebbero indicare complicazioni con il set-up sperimentale. </li><li> Salvare i risultati e le condizioni di prova in un foglio di calcolo. Record risultati notevoli ed eventi insoliti resoconto della prova (ad esempio, spruzzata / deposizione punto di soglia, transizioni spruzzi / deposizione, etc.). Salvare screenshot quando necessario. </li><li> Condurre misure di analisi delle immagini e registrare i dati. <ol><li> Avviare lo strumento su schermo di misura pixel. Aperto immagini urto, e calibrare la scala dell&#39;immagine misurando un micro-sovrano nelle immagini con lo strumento su schermo di misura pixel (Figura 4). </li><li> Dimensioni Misura di interesse (ad esempio, larghezza diffusione lamelle, W, e lamelle radio punto di stagnazione, R; vedi figura 5) con la misura di pixel tool in un punto dove il getto sembra essere più stabile nei dati video e registrare nel foglio preparato. Poi prendere un altro gruppo di misurazioni 100 fotogrammi dopo il primo gruppo di misure per confermare che sia il getto e le lamelle sono stabili. Punti dati Plot su un grafico e completano la curva raccordo. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. Air Cannon dispositivo <ol><li> Identificare le condizioni di prova desiderate e preparare i materiali, come al punto 1.1 e punto 1.2. </li><li> Prestazioni di esperimenti <ol><li> Accendere il software del sistema di controllo. </li><li> Inserire il proiettile in canna cannone. Spostare il meccanismo di arresto vicino all&#39;uscita canna per catturare correttamente il proiettile dopo un test (Figura 6). </li><li> Aprire la linea dell&#39;aria pressurizzata costruzione conduce al serbatoio dell&#39;aria. Pressurizzare il serbatoio compreso tra 30 e 70 psi psi, a seconda della velocità del proiettile desiderato. 30 psi pressione del serbatoio offre una velocità di un proiettile di circa 5m / sec, e 70 psi dà una velocità di circa 25 m / sec. </li><li> Preparare il gas accumulatore chiuso compresso per il fluido di prova pressurizzazione. <ol><li> Versare 3 kg di prova liquido nella valvola liquido dell&#39;accumulatore. Collegare tubo dalla valvola gas dell&#39;accumulatore all&#39;ugello getto di liquido, e impostare la pressione dell&#39;accumulatore fino a 300 psig. </li></ol></li><li> Collegare la fotocamera alla presa a forbice. Fissare la presa forbice alla piattaforma posizionata accanto al ugello getto. </li><li> Fissare la sorgente di luce ad alta intensità per la piattaforma posizionata di fronte alla telecamera e dietro il foglio di diffusione. Controllare illuminazione e telecamera posizionamento utilizzando la funzione di visualizzazione videocamera dell&#39;interfaccia controllo software, e regolare la posizione come necessario (Figura 7). </li><li> Indossare cuffie per la protezione dal cannone ad aria esplosione sonora. </li><li> Sbloccare il pannello di controllo di cannone, e premere il pulsante di allarme sul pannello di controllo più volte per segnalarel&#39;inizio di un esperimento. </li><li> Premi il pulsante del pannello di controllo che apre la valvola solenoide che collega il serbatoio d&#39;aria con la canna cannone ad aria. </li><li> Dopo che il dispositivo è stato sparato e il proiettile catturato, pulire il dispositivo passandolo con fluido ed una spugna per rimuovere il liquido in esame residua pulizia. Infine, asciugare la superficie urto del proiettile. </li></ol></li><li> Misurare la velocità del proiettile nel video ad alta velocità registrata misurando la quantità di tempo richiesto per il proiettile di viaggiare (10 cm) distanza fissa. Analizzare i dati come al punto 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. 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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>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Il proiettile utilizzato per il cannone ad aria set-up è composto da una base in legno leggero. Sebbene i trucioli di legno materiali leggermente dopo numerose prove, è stato trovato per assorbire l&#39;energia cinetica più efficacemente di proiettili composti di materiali come plastica o metallo, che tendono a frantumarsi sul impattare il meccanismo di arresto. Le dimensioni del proiettile di legno sono progettati per corrispondere al meglio l&#39;interno canna in acciaio, limitando così le perdite d&#39;aria. Un f...

Questa ricerca mira a determinare le strategie per l&#39;applicazione LFM (Modifier attrito liquido) in forma getto liquido su una superficie in movimento mentre raggiungono un alto grado di efficienza di trasferimento e di risultati deposizione uniformi. Il raggiungimento di questo obiettivo comporta lo sviluppo di una comprensione globale dei fattori che influenzano impingement getto liquido sulle superfici in movimento. Il progetto è motivata da una necessità di migliorare l&#39;efficienza delle tecniche applicative lubrificazione utilizzati nel settore ferroviario. Come mezzo per ridurre il consumo di carburante e costi di manutenzione locomotive, una pellicola sottile di attrito agente modificante viene ora applicato alla superficie superiore della rotaia ferrovia convenzionali. Recenti studi hanno dimostrato che l&#39;applicazione di un tipo di LFM all&#39;acqua per piano del ferro (TOR) controllo dell&#39;attrito ridotto i livelli di consumo di energia del 6% e la flangia rotaia e ruota l&#39;usura da superiore al 50% 1,2. Altri studi hanno dimostrato che l&#39;applicazione di LFM a binari ridurres forza laterale e livelli di rumore e, cosa ancora più importante, pista ondulazione e danni da rotolamento stanchezza contatto, che è una delle principali cause di deragliamenti 3,4. Questi risultati sono stati ulteriormente confermati da test sul campo del sistema di metropolitana di Tokyo 5. LFMs sono attualmente dispensati da atomizzatori ad aria soffiata collegati a dozzine di locomotive in tutto il Canada e gli Stati Uniti. In questa forma di applicazione, LFM viene applicato all&#39;inizio della ferrovia da atomizzatori montati sotto movimento vagoni ferroviari. Questa modalità di applicazione LFM è difficile da implementare su molte locomotive ferrovia perché l&#39;alta volume richiesto e livelli di alimentazione d&#39;aria ad alta pressione potrebbe non essere raggiungibile. Ugelli aria esplosione sono anche creduto di produrre la copertura ferroviario molto irregolare quando operato in un vento di traverso, come venti trasversali causano goccioline spruzzo fini di deviare dalla loro traiettoria originale. Crosswinds sono anche noti per essere implicati in ugello sottomarina, probabilmente per lo stessoragione. A causa di problemi connessi con atomizzatori ad aria soffiata, settore ferroviario è attualmente alla ricerca di approcci alternativi alla applicazione LFM sui binari. Una soluzione possibile consiste erogazione LFM mediante (non-atomizzata) getto liquido continuo, come getti di liquido sono meno suscettibili a vento di traverso effetti dovuti alla loro minore rapporto di trascinamento per inerzia. Inoltre, perché i livelli elevati di pressione dell&#39;aria e di volume necessari per ugelli di polverizzazione non sono necessari in tecnologie getto liquido, queste ultime agiscono come meccanismi a spruzzo più snelle e robuste che mantengono il controllo efficace sul tasso di applicazione LFM. Un&#39;area di fisica simile, gocciolina conflitto, è stato studiato intensamente. È stato trovato da diversi ricercatori che per impingement gocciolina su una superficie liscia asciutta movimento, spruzzi comportamento dipende da molti parametri tra cui viscosità, densità, tensione superficiale e la componente normale della velocità d&#39;impatto 14,15. Uccello <em&gt; et al. hanno dimostrato che entrambe le velocità normali e tangenziali sono di importanza critica 16. Gamma et al. E Crooks et al. Hanno dimostrato che per la gocciolina urto su una superficie asciutta stazionaria, rugosità superficiale diminuisce la soglia spruzzata in modo significativo (cioè, fa la goccia più inclini a spruzzi) 17,18. Nonostante la sua importanza pratica, jet impingement su superfici in movimento ha ricevuto scarsa attenzione nella letteratura accademica. Chiu-Webster e Lister eseguito una vasta serie di esperimenti che ha esaminato costante e instabile jet viscoso urto su una superficie in movimento, e gli autori hanno sviluppato un modello per il caso flusso costante 6. Hlod et al. Modellare il flusso mediante una ODE terzo ordine su un dominio di lunghezza sconosciuta sotto una condizione integrante aggiuntiva e configurazioni previsti rispetto ai risultati sperimentali 7. Tuttavia, i numeri di Reynolds esaminatiin entrambi questi studi sono molto inferiori a quelli associati con le applicazioni tipiche ferrovia LFM. Gradeck et al. Numericamente e sperimentalmente studiato il campo di moto del getto d&#39;acqua conflitto su un substrato in movimento sotto varie velocità del getto, la velocità di superficie e le condizioni di diametro ugello 8. Fujimoto et al. Caratteristiche di flusso inoltre esaminati un getto d&#39;acqua circolare che incide su un substrato in movimento ricoperta da un film sottile di acqua 9. Tuttavia, questi due progetti utilizzati relativamente grandi diametri degli ugelli e superficie inferiore e velocità del getto rispetto a quelli impiegati nel presente lavoro. Inoltre, anche se precedenti studi sperimentali, numerici e di analisi forniscono una grande quantità di dati, la maggior parte sono concentrati su parametri di trasferimento di calore piuttosto che sui processi di flusso di liquidi come il comportamento jet spruzzi. Il metodo sperimentale previsto nella presente ricerca contribuisce pertanto a liquidi tecnologie applicative jet da reaffinamento tali tecniche in condizioni che comportano diametri ugelli a getto più piccolo e ad alta velocità a getto e di superficie velocità. Il presente metodo affina anche la conoscenza su problemi fondamentali della meccanica dei fluidi associati al movimento linee di contatto. Gli studi di cui sopra hanno generalmente coinvolto l&#39;interazione di un jet a bassa velocità con una superficie a bassa velocità in movimento. Ci sono stati relativamente pochi studi di laminare ad alta velocità jet impingement su superfici in movimento ad alta velocità. Durante l&#39;alta velocità impaction getto liquido liquido jet diffonde radialmente in prossimità della posizione impingement, formando una lamella sottile. Questo lamelle viene poi convected valle dal viscoso forcing imposto dalla superficie in movimento, producendo un caratteristico lamelle a forma di U. Keshavarz et al. Hanno riportato su esperimenti che impiegano getti liquidi newtoniani ed elastiche che influiscono sulle superfici ad alta velocità. Sono classificati processi urto in due tipi distinti: &quot;deposizione &amp;# 8221; e &quot;splash&quot; 10. Per impingement essere classificato come la deposizione, il liquido jet deve aderire alla superficie, mentre spruzzata è caratterizzata da una lamella liquido che separa dalla superficie, e successivamente rompe in goccioline. Un terzo regime conflitto è stato anche descritto - &quot;splatter&quot;. In questo, relativamente rare, regime lamella rimane attaccato alla superficie, come per &quot;deposizione&quot;, ma goccioline vengono espulse dalla prossimità del bordo anteriore della lamella. In un successivo studio di effetti fluidi non newtoniani, Keshavarz et al. Ha concluso che la spruzzata / soglia deposizione è determinata principalmente dai numeri di Reynolds e Deborah, mentre l&#39;angolo di jet impingement e velocità del getto ad emergere rapporti di velocità hanno solo un effetto secondario 11 . In esperimenti condotti sotto pressione dell&#39;aria ambiente variabili, Moulson et al. Scoperto che il / la deposizione soglia numero di Reynolds spruzzata drammaticamenteaumenta al diminuire della pressione dell&#39;aria ambiente (cioè, pressioni ambiente elevate rendono getti più inclini a splash), diminuendo la pressione dell&#39;aria ambiente sotto di una certa soglia sopprime completamente spruzzata 12. Questa scoperta suggerisce che le forze aerodinamiche che agiscono sul lamelle giocano un ruolo fondamentale nel causare lamelle lift-off e successiva spruzzi. Nel recente lavoro sul conflitto ad alta velocità su un substrato ad alta velocità, Sterling ha dimostrato che per la velocità del substrato e le condizioni jet vicino alla soglia di schizzi, spruzzi può essere innescato da molto piccola rugosità superficiale localizzato e minore instabilità jet. Egli ha anche mostrato che in queste condizioni lamella lift-off e riattacco è un processo stocastico 13. Il protocollo sperimentale qui descritto può essere usato per studiare altre situazioni fisiche che coinvolgono l&#39;interazione di un fluido con una superficie ad alta velocità in movimento. Ad esempio, lo stesso approccio potrebbe essere utilizzato per studiare elicottero fogliainterazione e-vortice (a condizione che il fluido è stato colorato con vortex particelle traccianti) e spruzzatura robotizzata di superfici.

<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

Due apparati per l&#39;esame impingement getto di liquido su una superficie in movimento ad alta velocità sono descritti: un dispositivo cannone ad aria (per l&#39;esame velocità superficiali tra 0 e 25 m / sec) e un dispositivo di disco rotante (per l&#39;esame velocità superficiali fra 15 e 100 m / sec). La traslazione lineare cannone ad aria è un sistema alimentato a energia pneumatica che è progettato per accelerare una superficie guida metallica montata sulla parte superiore di un proiettile in legno. Un cilindro pressurizzato provvisto di elettrovalvola rilascia rapidamente l&#39;aria in pressione nel cilindro, forzando il proiettile lungo la canna cannone. Il proiettile viaggia sotto un ugello di spruzzo, che incide un getto di liquido sulla sua superficie superiore di metallo, e il proiettile poi colpisce un meccanismo di arresto. Una telecamera registra il impingement jet, e un trasduttore di pressione registra la contropressione ugello. Il disco rotante set-up è costituito da un disco in acciaio che raggiunge una velocità di 500 a 3.000 rpm tramite un variatore di frequenza (VFD) del motore. Un si sistema a spruzzomilar a quella del cannone dell&#39;aria genera un getto di liquido che incide sul disco rotante, e telecamere poste in diversi punti di accesso ottico registrare il impingement jet. Le registrazioni video dei processi urto jet vengono registrati ed esaminati per stabilire se l&#39;esito del conflitto è spruzzi, splatter, o la deposizione. Gli apparati sono il primo che coinvolgono l&#39;urto ad alta velocità di-Reynolds-basso numero getti di liquido su superfici in movimento ad alta velocità. Oltre alle sue applicazioni industriali ferroviario, la tecnica descritta può essere utilizzata per fini tecnici e industriali quali siderurgia e può essere rilevante per la stampa 3D ad alta velocità.

<html> Come discusso nella sezione introduttiva, i tre comportamenti principali associati impingement getto liquido sono deposizione, splatter e schizzi. Questi comportamenti jet impingement sono osservate utilizzando dati video registrati dalle cineprese ad alta velocità posizionati in vari punti ottici. Esempi di immagini fisse, ottenuti dalle registrazioni video, che raffigurano tre risultati getto liquido sono mostrati in Figura 3. Figura 3A illustra la deposizione a getto di liquido, in cui il gett...

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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.

Visualizzazione di Liquid High Speed ​​Jet Occlusione su una superficie mobile

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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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 ...

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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.

Alta velocità Particle Image Velocimetry prossimità di superfici

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.

Area selettiva Modifica della Silicon bagnabilità della superficie da impulsi laser UV irradiazione in ambiente liquido

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.

Tridimensionale Velocimetry monitoraggio di particelle per applicazioni Turbulence: caso di flusso 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.

Ad alta velocità continuo-fluttui stimolato Brillouin Scattering spettrometro per analisi materiali

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.

Comportamento di anti-adesione preparazione e ad alta temperatura di una superficie scivolosa su acciaio inossidabile

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.

Metodo per la registrazione dei spettri ad alta risoluzione a banda larga degli arci fulmini di laboratorio

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.

Impatti delle sfere di caduta libera su una piscina profonda liquida con condizioni superficiali alterato fluido e dispositivo d'urto

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.

Determinazione della morfologia di superficie aggregata nella zona di transizione interfacciale (IT)

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.

Analisi ad alta velocità effettiva degli impatti delle gocciole liquide

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

Visualizzazione di Liquid High Speed ​​Jet Occlusione su una superficie mobile

Visualizzazione di Liquid High Speed Jet Occlusione su una superficie mobile