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. Experiment med partiklar Grövre eller lika med 700 um <ol><li> Framställning av experimentuppställning <ol><li> Ta hylsan och lyft locket av vakuumkammaren. Placera basplattan som består av den önskade väggmaterialet i vakuumkammaren. Vända den nedre delen av vakuumkammaren i sidled för att glida i plattan noggrant av händer. </li><li> Plats exakt en av de partiklar som skall undersökas med pincett i mitten av bottenplattan. Efteråt justera höjden på kameran med ett stativ på ett sådant sätt att bot...

<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...

Pulver och granulat finns överallt omkring oss. Ett liv utan dem är omöjligt i det moderna samhället. De visas i mat och dryck som korn eller ens mjöl, socker, kaffe och kakao. De behövs för dagliga använda objekt såsom toner för laserskrivare. Även plastindustrin är inte tänkbart utan dem, eftersom plasten transporteras i granulär form innan det smälts och ges en ny form. Efter Ennis et en åtminstone 40 al.% Av förädlingsvärdet till konsumentprisindex för USA i den kemiska industrin (jordbruk, livsmedel, läkemedel, mineraler, ammunition) är ansluten till partikelteknik. Nedderman 2 även anges att cirka 50% (vikt) av de produkter och minst 75% av råvarorna är granulära fasta ämnen i den kemiska industrin. Han förklarade också att det förekommer många problem när det gäller lagring och transport av matvaror. En av dessa är att under transport och hanteringsng många kollisioner sker. Att analysera, beskriva och förutsäga beteendet hos en partikelsystemet, kan Discrete Element Metoden (DEM) simuleringar ska utföras. För dessa simuleringar kännedom om kollisionen beteendet hos partikelsystemet är nödvändig. Den parameter som beskriver detta beteende i DEM simuleringar är koefficienten restitution (COR) som måste bestämmas i experiment. Regionkommittén är ett tal som kännetecknar förlusten av kinetisk energi under påverkan som beskrivs av Seifried et al. 3. De förklarade att detta beror på plastiska deformationer, vågutbredning och viskoelastiska fenomen. Thornton och Ning 4 nämnde också att en del energi kan avledas genom arbete på grund av gränssnitt vidhäftning. Regionkommittén är beroende av anslagshastighet, materialegenskaper, partikelstorlek, form, strävhet, fukthalt, vidhäftningsegenskaper och temperatur som anges i Antonyuk et al. 5. För en Completely elastisk inverkan alla absorberade energin tillbaka efter kollisionen så att den relativa hastigheten mellan kontaktpartner är lika före och efter effekten. Detta leder till en COR e = 1. Under en perfekt plast inverkan all den initiala kinetiska energin absorberas och kontaktpartner hålla ihop, vilket leder till en COR e = 0. Dessutom et al. Güttler 6 förklarade att det finns två typer av kollisioner. Å ena sidan finns det kollisionen mellan två sfärer som också är känd som en kontakt partikel-partikel. Å andra sidan, finns det en kollision mellan en sfär och en platta som också kallas partikel-väggkontakt. Med uppgifterna för Regionkommittén och andra materialegenskaper som friktionskoefficient, täthet, kan Poissons tal och skjuvmodul DEM simuleringar utföras för att bestämma efterkollisionshastigheter och orienteringarna av partiklarna som förklaras av Bharadwaj et al. 7. som shown i Antonyuk et al. 5, kan den COR beräknas med förhållandet rebound hastighet för att påverka hastigheten. Därför en experimentuppställning för fritt fall tester för att undersöka partikelväggkontakt av partiklar med en diameter från 0,1 mm till 4 mm konstruerades. Fördelen med fritt fall experiment jämfört med accelererade experiment som i et al. Fu 8 och Sommerfeld och Huber 9 är att rotation kan elimineras. Följaktligen kan överföringen mellan rotations- och translationsrörelseenergi som påverkar COR undvikas. Asfäriska partiklar måste märkas som i Foerster et al. 10 eller Lorenz et al. 11 att ta rotation hänsyn. Eftersom Regionkommittén är beroende av anslagshastighet, slaghastigheterna i försöken måste matcha de i verkliga transport- och hanteringsprocesser. I fritt fall experiment under atmosfärstryck, är islagshastigheten begränsadav dragkraften, som har ett allt större inflytande för en minskande partikelstorlek. För att övervinna denna nackdel, fungerar den experimentuppställning under vakuumförhållanden. En andra utmaning är att släppa bara en enda partikel, eftersom då är det möjligt att karakterisera alla egenskaper som påverkar COR förväg, till exempel ytråhet och vidhäftning. Med denna kunskap, kan det COR bestämmas i enlighet med egenskaperna hos partikeln. För detta har en ny utlösningsmekanism utvecklas. En annan fråga är de adhesiva krafter pulver med en diameter underlägsen 400 | j, m. Därför är det nödvändigt med en torr och omgivande temperatur miljö för att övervinna vidhäftning. Den experimentella uppställningen består av flera delar. En exteriör vy av den befintliga experimentuppställning visas i figur 1. För det första finns det i vakuumkammaren som är gjord av glas. Den består av en nedre del (cylinder), att ett övre lock, en tätningsring och en hylsa anslutdelar. Den nedre delen har två öppningar för en förbindelse med vakuumpumpen och vakuummätaren. Den övre luckan har fyra öppningar. Två av dem är nödvändiga för de pinnar av frigöringsmekanism som beskrivs nedan och även två som kan användas för ytterligare förbättringar av experimentet. Alla dessa öppningar kan stängas med tätningsringar och skruvlock när man arbetar under vakuumbetingelser. Dessutom har en ny utlösningsmekanism utvecklats eftersom användningen av en vakuummunstycke som i många andra experiment dokumenterade i litteraturen (till exempel Foerster et al. 10, Lorenz et al. 11, Fu et al. 12 eller Wong et al. 13) är inte möjligt i ett vakuum. Mekanismen är realiserad genom en cylindrisk kammare med en konisk borrhål som är bundet vid en platta. Detta är förbundet med en pinne som passar i en av tätningsringarna av det övre locket av vakuumkammaren och garanterar en anpassning av en variable inledande höjd för fritt fall experiment. En skala ritas på minnet för mätning av höjd. Stängningen av partikelkammaren genomförs av en konisk spets av en pipett som återigen är ansluten till en pinne. Stängningsanordningen nytt kan ses i fig 2 och arbetar såsom beskrivet här: i initialtillståndet pipettspetsen trycks ned så att omkretsen av spetsen vidrör kanten av kammarens borrhålet. Kammaren är tillsluten med pipettspetsen, så att det inte finns något utrymme för en partikel att lämna kammaren genom hålet. För att frigöra partikeln, är pinnen dras uppåt mycket långsamt tillsammans med spetsen ansluten till den. Som diametern hos spetsen blir mindre en spalt mellan dess omkrets och kanten av borrhålet uppstår genom vilken partikeln kan lämna kammaren. Även om man kan förvänta sig en rotation av partikeln med utlösningsmekanismen nyutvecklade som partikeln kan &quot;rulla&quot; ut ur chamber visas ett annat beteende i försöken. Figur 3 visar effekten av en asfärisk partikel från 50 bildrutor före till 50 bildrutor efter effekten i steg om 25 ramar. Från formen på partikeln ingen rotation är synlig före nedslaget (1-3), medan det senare uppenbarligen snurrar (4-5). Därför hävdade icke-roterande frisättning sker med denna utlösningsmekanism. En annan komponent av experimentuppställning är bottenplattan. I själva verket finns det tre olika typer av basplattor som består av olika material. En är gjord av rostfritt stål, en andra av aluminium och en tredjedel av polyvinylklorid (PVC). Dessa bottenplattor utgör ofta använda material i processteknik till exempel i reaktorer och rör. Att bedöma effekten och rebound hastigheter, är en höghastighetskamera med 10.000 fps och en upplösning på 528 x 396 bildpunkter som används. Denna konfiguration väljs som det finns alltiden bild nära effekterna och även upplösningen är fortfarande tillfredsställande. Kameran är ansluten till en skärm som visar filmer i det ögonblick då de registreras. Detta är nödvändigt, eftersom höghastighetskamera kan bara spara en begränsad mängd bilder och skriver i början av videon när detta belopp överskrids. Dessutom är en stark ljuskälla för belysning av synfältet av höghastighetskamera krävs. För belysning enhetlighet ett ark av tekniskt ritpapper limmas på baksidan av vakuumkammare som sprider ljuset. Slutligen är en två-stegs roterande vingpumpen används för att etablera ett vakuum av 0,1 mbar och en vakuummätare mäter vakuum för att garantera konstanta miljöförhållanden. För här presenterade arbetet glaspärlor med olika partikeldiametrar (0,1-0,2, 0,2-0,3, 0,3-0,4, 0,700, 1,588, 2,381, 2,780, 3,680 och 4,000 mm) används. Pärlorna är gjorda av sodakalkglas och är sfäriska med en ganska jämn yta.

<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

Discrete elementmetoden används för simulering av partikelsystem för att beskriva och analysera dem, för att förutsäga och därefter optimera sitt beteende för enskilda steg i en process eller ens en hel process. För simuleringen med förekommande partikel-partikel och partikelväggkontakter krävs värdet av koefficienten restitution. Det kan bestämmas experimentellt. Koefficienten restitution beror på flera parametrar såsom anslagshastighet. Särskilt för fina partiklar islagshastigheten beror på lufttrycket och under atmosfärstryck med hög anslagshastigheter inte kan nås. För detta är en ny experimentuppställning för fritt fall tester under vakuum utvecklas. Koefficienten restitution bestäms med effekterna och rebound hastighet som detekteras av en höghastighetskamera. Inte förhindrar en vy, är vakuumkammaren gjord av glas. Också en ny utlösningsmekanism för att släppa en enda partikel under vakuumbetingelser är konstruerad. På grund av detta kan alla egenskaper hos partikeln karakteriseras i förväg.

För analys glaspartiklar med en diameter på 100 | am till 4,0 mm tappades från en initial höjd på 200 mm på ett rostfritt stål basplatta med en tjocklek på 20 mm. Figur 6 visar medelvärden samt maximala och minimivärden för Kommittén beroende på partikelstorleken för atmosfärstryck och vakuum. Medelvärdet av COR befinns vara ungefär e = 0,9 för partiklar större än eller lika med 70...

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

Koefficienten restitution är en parameter som beskriver förlusten av kinetisk energi under kollisionen. Här är en fritt fall installation under vakuumförhållanden utvecklats för att kunna bestämma friktionskoefficienten restitution parameter för partiklar i mikrometerområdet med höga anslagshastigheter.

Utveckling av en experimentuppställning för mätning av Coefficient of Restitution under vakuumbetingelser

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

Experimentell mätning av sedimenteringshastigheten för sfäriska partiklar i odefinierade och begränsade tensidbaserade savförtunnande viskoelastiska vätskor

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

Experimentellt protokoll för att undersöka partikel aerosolbildning av en produkt under nötning och enligt miljö Vittring

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

Avancerade Experimentella metoder för låg temperatur Magnetotransport Mätning av nya material

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

Experimentella metoder för undersökning av formminne Baserat Elastocaloric kylprocesser och 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

Atmosfärstryck Plasma Setup för att undersöka de reaktiva artbildning

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 av fasbeteende av oljeprover under raffineringsprocessen Villkor

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 Biaxial testapparat för bestämning av Forming Limit enligt varmpressning Villkor

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 av storlek-kontrollerade Poly (etylenglykol) Diacrylate droppar via Semi-3-dimensionell Flow fokuserar mikroflödessystem enheter

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

Nära-infraröd temperatur mätteknik för vatten som omger en induktion-uppvärmda små magnetiska sfär

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 analys av vakuum induktion smältning av Laserinducerad nedbrytning spektroskopi

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