Name: development of an experimental setup for the measurement of the coefficient of restitution under vacuum conditions
Uploaded: 2016-03-29T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions at JoVE.com

The authors have no acknowledgements.

1. Forsøg med Partikler Grovere eller lig med 700 um <ol><li> Fremstilling af forsøgsopstillingen <ol><li> Fjern muffen og løft topdækslet af vakuumkammeret. Placer bundpladen består af det ønskede vægmaterialet i vakuumkammeret. Drej den nederste del af vakuumkammeret sidelæns til at glide i pladen forsigtigt ved hænder. </li><li> Sted netop en af ​​de partikler, der skal undersøges med pincet i midten af ​​basispladen. Bagefter justere højden af ​​kameraet med et stativ på en sådan måde, at...

<ol>
	<li>Ennis, B. J., Green, J., Davies, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+legacy+of+neglect.">The legacy of neglect.</a> U.S. Chem. Eng. Prog. 90 (4), 32-43 (1994).</li><li>Nedderman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Statics and Kinematics of Granular Materials. , (1992).</li><li>Seifried, R., Schiehlen, W., Eberhard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Numerical+and+experimental+evaluation+of+the+coefficient+of+restitution+for+repeated+impacts.">Numerical and experimental evaluation of the coefficient of restitution for repeated impacts.</a> Int. J. Impact Eng. 32, 508-524 (2005).</li><li>Thornton, C., Ning, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+theoretical+model+for+the+stick/bounce+behaviour+of+adhesive,+elastic-plastic+spheres.">A theoretical model for the stick/bounce behaviour of adhesive, elastic-plastic spheres.</a> Powder Technol. 99, 154-162 (1998).</li><li>Antonyuk, S., 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=Energy+absorption+during+compression+and+impact+of+dry+elastic-plastic+spherical+granules.">Energy absorption during compression and impact of dry elastic-plastic spherical granules.</a> Granul. Matter. 12, 15-47 (2010).</li><li>G&#252;ttler, C., Hei&#223;elmann, D., Blum, J., Krijt, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Normal+Collisions+of+Spheres:+A+Literature+Survey+on+Available+Experiments.">Normal Collisions of Spheres: A Literature Survey on Available Experiments.</a> arXIV. , (2012).</li><li>Bharadwaj, R., Smith, C., Hancock, B. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+coefficient+of+restitution+of+some+pharmaceutical+tablets/compacts.">The coefficient of restitution of some pharmaceutical tablets/compacts.</a> Int. J. Pharm. 402, 50-56 (2010).</li><li>Fu, J., Adams, M. J., Reynolds, G. K., Salman, A. D., Hounslowa, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+deformation+and+rebound+of+wet+granules.">Impact deformation and rebound of wet granules.</a> Powder Technol. 140, 248-257 (2004).</li><li>Sommerfeld, M., Huber, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+analysis+and+modelling+of+particle-wall+collisions.">Experimental analysis and modelling of particle-wall collisions.</a> Int. J. Multiphas. Flow. 25, 1457-1489 (1999).</li><li>Foerster, S. F., Louge, M. Y., Chang, H., Allia, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurements+of+the+collision+properties+of+small+spheres.">Measurements of the collision properties of small spheres.</a> Phys. Fluids. 6 (3), 1108-1115 (1994).</li><li>Lorenz, A., Tuozzolo, C., Louge, M. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurements+of+Impact+Properties+of+Small,+Nearly+Spherical+Particles.">Measurements of Impact Properties of Small, Nearly Spherical Particles.</a> Exp. Mech. 37 (3), 292-298 (1997).</li><li>Fu, J., Adams, M. J., Reynolds, G. K., Salman, A. D., Hounslowa, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+deformation+and+rebound+of+wet+granules.">Impact deformation and rebound of wet granules.</a> Powder Technol. 140, 248-257 (2004).</li><li>Wong, C. X., Daniel, M. C., Rongong, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energy+dissipation+prediction+of+particle+dampers.">Energy dissipation prediction of particle dampers.</a> J. Sound Vib. 319, 91-118 (2009).</li><li>Louge, M. Y., Tuozzolo, C., Lorenz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+binary+impacts+of+small+liquid-filled+shells.">On binary impacts of small liquid-filled shells.</a> Phys. Fluids. 9, 3670-3677 (1997).</li></ol>

To validate the functionality of the experimental setup in general, tests with similar material combinations as in other established setups (Antonyuk et al.5 and Wong et al.13) were performed. Since very similar results were obtained, the general procedure seems to work. Nevertheless, caution has to be taken towards the procedure and the analysis and further improvements are necessary.
The main limitation of the experimental setup is the quality of the v...

Pulvere og granulater er overalt omkring os. Et liv uden dem er umuligt i moderne samfund. De vises i fødevarer og drikkevarer som korn eller endda mel, sukker, kaffe og kakao. De er nødvendige for dagligt anvendte genstande som toneren til laserprinter. Også plastindustrien er ikke tænkelige uden dem, fordi plast transporteres i granuleret form, før det er smeltet og givet en ny form. Efter Ennis et al. 1 mindst 40% af værditilvæksten til forbrugerprisindekset i USA af den kemiske industri (landbrug, fødevarer, lægemidler, mineraler, ammunition) er forbundet til partikel-teknologi. Nedderman 2 selv udtalt, at omkring 50% (vægt) af produkter og mindst 75% af råvarerne er kornede faste stoffer i den kemiske industri. Han erklærede også, at der opstår mange problemer vedrørende opbevaring og transport af kornede materialer. En af disse er, at under transport og handling mange kollisioner finder sted. At analysere, beskrive og forudsige opførslen af ​​en partikelformet system kan udføres Discrete Element Method (DEM) simuleringer. For disse simuleringer kendskab til kollision adfærd for partikelsystemet er nødvendig. Den parameter, der beskriver denne adfærd i DEM simuleringer er restitutionskoefficienten (COR), der skal bestemmes i forsøg. Regionsudvalget er et tal, der karakteriserer tabet af kinetisk energi under anslaget, som beskrevet af Seifried et al. Tre. De forklarede, at dette er forårsaget af plastiske deformationer, bølgeudbredelse og viskoelastiske fænomener. Thornton og Ning 4 nævnte også, at nogle energi kan blive afbødet ved arbejde på grund at interface vedhæftning. Regionsudvalget afhænger anslagshastighed, materialeopførsel, partikelstørrelse, form, ruhed, vandindhold adhæsionsegenskaber og temperatur som angivet i Antonyuk et al. 5. For en completely elastisk effekt alle absorberede energi returneres efter kollisionen, så den relative hastighed mellem kontaktpunkterne partnerne er lig før og efter effekt. Dette fører til en COR af e = 1. I en perfekt plast indvirkning al den indledende kinetiske energi absorberes, og kontaktpunkterne partnere klæber sammen, hvilket fører til en COR af e = 0. Desuden Güttler et al. 6 forklarede, at der er to typer af kollisioner. På den ene side er der den kollision mellem to kugler, som også er kendt som kontakten partikel-partikel. På den anden side er der kollisionen mellem en kugle og en plade, der også kaldes partikel-vægkontakt. Med data for Regionsudvalget og andre materialeegenskaber som friktionskoefficient, tæthed, kan udføres Poissons forhold og shear modul DEM simuleringer til at bestemme de post-kollisionsdæmper hastigheder og orienteringer af partiklerne som forklaret af Bharadwaj et al. 7. Som shown i Antonyuk et al. 5, kan Regionsudvalget beregnes med forholdet mellem rebound hastighed at påvirke hastigheden. Derfor en forsøgsopstilling for frit fald tests for at undersøge den partikelbærende vægkontakt af partikler med en diameter fra 0,1 mm til 4 mm blev konstrueret. Fordelen ved frit fald eksperimenter i forhold til accelererede eksperimenter som i Fu et al. 8 og Sommerfeld og Huber 9 er at rotation kan elimineres. Derfor kan undgås overførsel mellem roterende og translationel kinetisk energi, som påvirker Regionsudvalget. Asfæriske partikler skal mærkes som i Foerster et al. 10 eller Lorenz et al. 11 for at tage drejning i betragtning. Som Regionsudvalget er afhængig af anslagshastighed, virkningen hastigheder i forsøgene nødt til at matche dem i de virkelige processer transport og håndtering. I frit fald eksperimenter under atmosfærisk tryk, er anslagshastigheden begrænsetaf trækkraften, der har en stigende indflydelse for en faldende partikelstørrelse. For at overvinde denne ulempe, forsøgsopstillingen arbejder under vakuum. En anden udfordring er at droppe blot en enkelt partikel siden da er det muligt at karakterisere alle egenskaber, der påvirker COR forhånd, f.eks ruhed og vedhæftning. Med denne viden, kan Regionsudvalget bestemmes efter egenskaber partiklen. Til dette blev en ny mekanisme release udviklet. Et andet spørgsmål er de adhæsive kræfter pulvere med en diameter mindre end 400 um. Derfor er en tør og omgivelsestemperatur miljø er nødvendigt for at overvinde adhæsion. Forsøgsopstillingen består af flere dele. En udvendig afbildning af den eksisterende forsøgsopstillingen er vist i figur 1. For det første er der i vakuumkammeret, der er lavet af glas. Det består af en nedre del (cylinder), til et topdæksel, en tætningsring og en muffe forbindedele. Den nederste del har to åbninger til en forbindelse med vakuumpumpen og vakuummåleren. Topdækslet har fire åbninger. To af dem er nødvendige for pindene i frigørelsesmekanisme beskrevet nedenfor og også to, der kan anvendes til yderligere forbedringer af forsøget. Alle disse åbninger kan lukkes med tætningsringe og skruelåg når du arbejder under vakuum. Desuden blev en ny mekanisme release udviklet, da brugen af et vakuum dyse som i mange andre forsøg dokumenteret i litteraturen (f.eks Foerster et al. 10, Lorenz et al. 11, Fu et al. 12 eller Wong et al. 13) er ikke muligt i et vakuummiljø. Mekanismen realiseres ved et cylindrisk kammer med en konisk borehul, der fastholdes af en plade. Dette er forbundet med en pind, der passer ind i en af ​​tætningsringene af topdækslet af vakuumkammeret og garanterer tilpasningen af ​​en variable indledende højde for frit fald eksperimenter. En skala trækkes på pinden til måling af højden. Lukningen af ​​partikelkammeret gennemføres af en konisk spids af en pipette, der er igen forbundet til en pind. Mekanismen nye udgivelse kan ses i figur 2 og fungerer som beskrevet her: i den oprindelige tilstand pipettespidsen skubbes ned, så omkredsen af spidsen rører kanten af kammerets borehullet. Kammeret lukkes med pipettespidsen sådan at der ikke er plads til en partikel til at forlade kammeret gennem hullet. For at frigøre partiklen, er staven trækkes opad meget langsomt sammen med spidsen forbundet til det. Som diameteren af ​​spidsen bliver mindre en kløft mellem dens omkreds og kanten af ​​hullet opstår gennem hvilket partiklen kan forlade kammeret. Selv om man kunne forvente en rotation af partiklen med mekanismen nyudviklede udgivelse som partiklen kunne &quot;rulle&quot; ud af chamber, vises en anden adfærd i forsøgene. Figur 3 viser virkningen af en asfærisk partikel fra 50 frames før til 50 frames efter virkningen i trin på 25 frames. Fra formen af ​​partiklen ingen rotation er synlig før konsekvenserne (1-3) henviser bagefter det naturligvis spins (4-5). Derfor hævdede ikke-roterende frigivelse finder sted med denne udløsermekanisme. En anden komponent af forsøgsopstillingen er grundpladen. I virkeligheden er der tre forskellige typer af bundplader bestående af forskellige materialer. Den ene er fremstillet af rustfrit stål, en anden af ​​aluminium og en tredjedel af polyvinylchlorid (PVC). Disse bundplader repræsenterer ofte brugte materialer i procesteknik for eksempel i reaktorer og rør. For at fastslå virkningen og rebound hastigheder, er et high-speed kamera med 10.000 fps og en opløsning på 528 x 396 pixels brugt. Denne konfiguration er valgt da der altidét billede nær virkningen og også opløsningen er stadig tilfredsstillende. Kameraet er forbundet med en skærm, der viser videoer i det øjeblik, hvor de optages. Dette er nødvendigt, fordi den høje hastighed kamera kun kan spare en begrænset mængde af billeder og overskriver begyndelsen af ​​videoen, når dette beløb er oversteget. Endvidere er en stærk lyskilde til belysning af synsfeltet af high-speed kamera påkrævet. Til belysning ensartethed et ark teknisk tegning papir er limet på bagsiden af ​​vakuumkammeret, der spreder lyset. Endelig er en to-trins roterende vinge pumpe bruges til at etablere et vakuum på 0,1 mbar og en vakuum gauge måler vakuum for at sikre konstante miljøforhold. For de her præsenterede arbejde glasperler med forskellige partikel diametre (0,1-0,2, 0,2-0,3, 0,3-0,4, 0.700, 1,588, 2,381, 2,780, 3.680 og 4.000 mm) anvendes. Perlerne er lavet af natronkalkglas og er sfæriske med en temmelig glat overflade.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>High-speed camera Olympus i-SPEED 3</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td>High-speed camera to capture the particle impact</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screen Olympus i-SPEED CDU</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td>Screen to work with the high-speed camera</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light source Olympus ILP-2</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td>Light source necessary for taking videos at high frame rates</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum pump Alcatel Pascale 2005 D</td>
			<td>Alcatel</td>
			<td></td>
			<td>Vacuum pump to generate the vacuum during the experiments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum gauge Alcatel CFA 212</td>
			<td>Alcatel</td>
			<td></td>
			<td>Vacuum gauge to measure the vacuum level</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>i-SPEED Software Suite (Control version)</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td>Software to evaluate the videos</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass beads</td>
			<td>Sigmund Lindner GmbH</td>
			<td></td>
			<td>SiLibeads Type P (0.700, 1.588, 2.381, 2.780, 3.680, 4.000 mm) 
			SiLibeads Type S (0.1-0.2, 0.2-0.3, 0.3-0.4 mm) 
			http://www.sigmund-lindner.com (see supplier&#39;s website for more information about the glass properties)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Safety goggles</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

development of an experimental setup for the measurement of the coefficient of restitution under vacuum conditions

Den Discrete Element Metoden anvendes til simulering af partikler systemer til at beskrive og analysere dem, at forudsige og bagefter optimere deres adfærd for enlige stadier af en proces eller endda en hel proces. For simuleringen med forekommende partikel-partikel og partikel-væg kontakter, er værdien af ​​koefficienten tilbagelevering påkrævet. Den kan bestemmes eksperimentelt. Restitutionskoefficienten afhænger af flere parametre som anslagshastigheden. Især for fine partikler anslagshastigheden afhænger af lufttrykket og under atmosfærisk tryk og høj effekt hastigheder ikke kan nås. Til dette er en ny forsøgsopstilling for frit fald tests under vakuum udvikles. Restitutionskoefficienten bestemmes med virkningen og rebound hastighed, som registreres af en high-speed kamera. Ikke hindrer opfattelse er vakuumkammeret lavet af glas. Også en ny mekanisme release bortkaste et enkelt partikel under vakuumbetingelser er konstrueret. På grund af dette, kan alle egenskaber af partiklen på forhånd karakteriseret.

Til analysen glaspartikler med en diameter på 100 um til 4,0 mm blev droppet fra en første højde af 200 mm på en rustfri stål bundplade med en tykkelse på 20 mm. Figur 6 viser de gennemsnitlige værdier samt den maksimale og minimale værdier for Regionsudvalget afhængig af partikelstørrelse for atmosfærisk tryk og vakuum. Gennemsnittet af Regionsudvalget er fundet at være ca. e = 0,9 for pa...

Watch this Scientific Journal Video about Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions at JoVE.com

Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions

Restitutionskoefficienten er en parameter, der beskriver tabet af kinetisk energi under kollision. Her er et frit fald setup under vakuum udviklet til at kunne bestemme restitutionskoefficienten parameter for partikler i mikrometer vifte med stor gennemslagskraft hastigheder.

Udvikling af en forsøgsopstilling til måling af Restitutionskoefficienten under vakuum

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their ...

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Physics

Engineering

Unit 1

Linear Momentum, Impulse and Collisions

SCIENTISTS IN ACTION

Experimental Measurement of Settling Velocity of Spherical Particles in Unconfined and Confined Surfactant-based Shear Thinning Viscoelastic Fluids

Eksperimentel måling af afregningshastigheden af sfæriske partikler i udefinerede og begrænsede overfladeaktive-baserede Shear Thinning Vicoelastic Fluids

An experimental study is performed to measure the terminal settling velocities of spherical particles in surfactant based shear thinning viscoelastic ...

Experimental Protocol to Investigate Particle Aerosolization of a Product Under Abrasion and Under Environmental Weathering

Eksperimentel protokol til Undersøge Partikel aerosolisering af et produkt under Slid og Under Environmental Weathering

The present article presents an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

Avancerede eksperimentelle metoder til lav-temperatur Magnetotransport Måling af nye materialer

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation

Eksperimentelle metoder til undersøgelse af Shape Memory Baseret Elastocaloric Køling Processer og Model Validation

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor ...

An Atmospheric Pressure Plasma Setup to Investigate the Reactive Species Formation

Et atmosfærisk tryk Plasma Setup til Undersøge Reaktive Species Formation

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. ...

In Situ Visualization of the Phase Behavior of Oil Samples Under Refinery Process Conditions

In Situ Visualization of the Phase Behavior of Oil Samples Under Refinery Process Conditions

In situ Visualisering af fase Behavior af olieprøver Under raffinaderierne til raffinering Betingelser

To help address production issues in refineries caused by the fouling of process units and lines, we have developed a setup as well as a method to ...

A Novel Biaxial Testing Apparatus for the Determination of Forming Limit under Hot Stamping Conditions

A Novel Biaksial Test Apparat til bestemmelse af Forming Limit under stempling Betingelser

The hot stamping and cold die quenching process is increasingly used to form complex shaped structural components of sheet metals. Conventional ...

Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Generation of Size-controlled Poly ethylene Glycol Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Generation af størrelse-kontrollerede Poly (etylenglykol) Diacrylate dråber via Semi-3-dimensionelle Flow med fokus mikrofluid enheder

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

Near-Infrared Temperature Measurement Technique for Water Surrounding an Induction-heated Small Magnetic Sphere

Nær-infrarød temperatur måling teknik til vand omkring en induktion-opvarmet små magnetiske kugle

A technique to measure the temperature of water and non-turbid aqueous media surrounding an induction-heated small magnetic sphere is presented. This ...

Quantitative Analysis of Vacuum Induction Melting by Laser-induced Breakdown Spectroscopy

Kvantitativ analyse af vakuum induktion smeltning af Laser induceret nedbrydnings spektroskopi

Vacuum induction melting is a popular method for refining high purity metal and alloys. Traditionally, standard process control in metallurgy involves ...