このプロトコルは、自由落下球を用いた水注入実験を実証する。浸透した布を有する液体表面の変化、新興球における化学の調製、スプラッシュ可視化、およびデータ抽出について議論される。これらの技術は、固体物体と流体体の間の界面相互作用を理解するために向けた基本的な流体力学研究への洞察を提供する。
この手順のデモンストレーションは、アルバータ州出身の学部生であるジョシュア・ボムとジェレミー・スティーブンです。皮膚オイルで水とインコンターを汚染しないように、この手順を通して工業用グレードのニトリル手袋を着用してください。水道水と洗剤で透明なタンクを徹底的に清掃し始めます。
その後、水道水の32リットルでそれを埋めます。99%イソプロピルアルコールで2つのメトリック定規をきれいにし、1分間乾燥させます。水に触れるだけで、タンクの前部に向けて定規を1つマウントします。
水中で垂直に第2定規を固定します。次に、タンクの前面に対して、プラットフォームが上記の水定規と同じ深さ平面内になるように、タンク上のヒンジ付きプラットフォームを固定します。プラットフォームを最大のドロップ高さに調整してから、マルチ LED ライトを関節アームに取り付け、ライトをタンクの上と前に配置して、プラットフォームの下のスプラッシュ ゾーンを完全に照らします。
スプラッシュとキャビティの視覚化を支援するために、タンクの背面に黒い画面を設定します。タンクの底部に閉じたセルスポンジなどのクリーンオイルフリーショックアブソーバーを敷き、クリーンウェイトで所定の位置に保持します。次に、流体の表面に沿ってタンクに向かって高速カメラを取り付けます。
必要に応じて、トリガースイッチをカメラに接続します。カメラをコンピュータに接続し、1 秒あたり 1,000 フレーム以上のフレーム レートにカメラを構成します。目的の解像度を選択し、シャッター速度を 1 フレーム単位の秒に設定します。
該当する場合は、トリガー・モードを End に設定します。次に、99%イソプロピルアルコールを用いて小さなスクープとポリオキシドメタノール球を洗浄し、皮脂やその他の汚染物を除去します。球体とすくいが1分間乾燥させます。
プリフォームテスト試験を行い、カメラの位置、フォーカス、解像度を調整して、スプラッシュイベントの最適な可視化品質を実現します。その後、スクープで球を取り出し、球体をきれいにし、イソプロピルアルコールですくいます。実験を開始する準備ができたら、タンクの撮影を開始します。
ヒンジプラットフォームを所定の位置に持ち上げ、プラットフォーム上できれいな乾燥した球を休ませてください。プラットフォームのベースを解放して、球体をタンクにドロップします。次に、ビデオファイルを保存してビデオをトリミングしてスプラッシュイベントのみを表示します。
次のテストに進む準備ができたら、スクープで球を取り出します。イソプロピルアルコールで球を洗浄し、テストを繰り返す前に1分間乾燥させます。実験が終了したら、タンクを空にして乾燥させます。
テストのために浸透可能な生地を準備するには、所望の生地を正方形または丸い層に分離し、バーニエキャリパーを使用して乾燥生地の圧縮厚さを測定します。実験を設定する際に、2台目の高速カメラをタンクの上に取り付け、生地に影響を与える球体のトップダウンビューを提供します。水平カメラ出力をBNCケーブルで頭上のカメラ入力端子に接続します。
トリガースイッチを水平カメラに接続します。次に、イーサネットケーブルを使用して、両方のカメラをカメラコンピュータに接続されたオフラインルーターに接続します。通常どおり、両方のカメラに焦点を合わせ、設定します。
実験をプリフォームする準備ができたら、乾燥した布をタンク内の液体の表面に静かに休ませてください。トライアルが始まる前に、ファブリックが沈み始めないようにします。清潔なオイルフリースクープを使用して、ヒンジ付きプラットフォームの下に生地を配置します。
トリガースイッチを使用して、衝突を設定する前に、両方のカメラでスプラッシュゾーンの同時撮影を開始します。衝突直後にファブリックを取り外します。衝撃にファブリックの破片と擦り傷が手動で空に収集できない場合は、すべての生地が取り除かれであることを保証するために、すべての試験の後にタンクをきれいにします。
化学的に疎水性の球体を作り始めるには、ポリオキシドメントール球体をアクリルホルダーに収める。表面コーティング用の球体の配置は、このプロトコルの最も困難な側面です。位置決めは、わずかに広い球を持つ層コートアクリルシートで制御されます。
球体の表面を浸さずに、約15〜30センチメートル離れた疎水性ベースコートで球をスプレーします。次に、表面を浸さずに約15〜30センチメートル離れた疎水性トップコートで球をスプレーし、1〜2分間乾燥させます。同じ方法で2つまたは3つの上のコーティングを適用します。
球体を軽く使用する場合は30分、またはフルユースで約12時間乾燥させます。衝撃試験を事前形成すると、各試験の後に球体を完全に乾燥させるので、イソプロピルアルコールですすいでください。疎水性コーティングは、約20回の試験後に劣化します。
この球を再利用するには、99%イソプロピルアルコールでコーティングを除去し、前述のようにベースとトップコートを再塗布する。解析を開始するには、ビデオ解析ソフトウェアにスプラッシュイベントの高速ビデオをインポートします。スケール ツールを使用して、ルーラーの表示領域に基づいてスケール値をセンチメートル単位で設定します。
ビデオを進んで、スプラッシュクラウンの昇天と空気の封じ込めを示す適切なフレームを見つけます。スプラッシュ クラウンの高さ、キャビティの幅、およびキャビティの深さを測定します。角度測定ツールを使用して、分離角度を決定します。
ビデオをさらに進め、ワージントンジェットの形成を示す適切なフレームを見つけ、ワージントンジェットの高さを測定します。最後に、自動トラッキング機能を使用して、インパクトの時間的位置と速度日付を抽出します。追跡が中断された場合は、自動追跡が再開できるまで手動追跡を使用します。
ここでは、この手順を使用して、垂直方向の衝撃による飛散に対するファブリックの影響を評価しました。1つのポニーを持つスプラッシュの高さは、布製のないスプラッシュの高さに対して増幅されました。2つの層を持つスプラッシュの高さは、生地のないスプラッシュの高さにほぼ等しかった。
飛び散りは3と4の層で大きく減衰しました。織物の単一の層に影響を与える球からの空洞の深さ、スプラッシュ地高、および空洞幅のウェーバー数全体で最小の変動が観察された。球体の垂直位置を水中で追跡し、各ファブリックの層を加えて水中速度のより大きな減少を観察することを可能にした。
研究者は、実験中に衛生実験条件の維持に細心の注意を払い、一貫した有効な結果を得る必要があります。この技術は、ここで提示される材料に限定されず、同様の機能と機能の材料で行うことができます。シリングのような高い貯留層の導入によって、このプロシージャは固体または液体表面に液体の液滴の縦の影響の調査のために上昇させることができる。
このプロトコルは、一般的な大きな影響速度と、すべて海軍および産業用途に適した次元のないパラメータの範囲を増加させるために、より大きなスケールで事前に形成することができます。
