Name: visually based characterization of the incipient particle motion in regular substrates: from laminar to turbulent conditions
Uploaded: 2018-02-22T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Visually Based Characterization of the Incipient Particle Motion in Regular Substrates: From Laminar to Turbulent Conditions at JoVE.com

המחברים מודים שופטים לא ידוע עבור עצה יקר, צ'וי Sukyung, קו Byeongwoo ו- Baekkyoung שין בזכות שיתוף הפעולה בהגדרת הניסויים. עבודה זו נתמכה על ידי הפרויקט 21 בוסן המוח ב-2017.

1. חלקיק התחלתית ב מגבלת זרימה זוחל.
הערה: המדידות נערכות על הסיבוב rheometer שהשתנה עבור יישום ספציפי זה.
<ol><li>הכנת את Rheometer.
	<ol>
<li>לחבר את אספקת האוויר rheometer על מנת למנוע פגיעה מהכדורים אוויר. . פתח את הברז מלבד מסנני האוויר עד בלחץ של 5 ברים במערכת מושגת</li>
		<li>לחבר את סירק...

אנו מציגים שתי שיטות שונות ניסיוני עבור אפיון של חלקיק התחלתית כפונקציה של הגיאומטריה מיטה משקעים. לצורך כך אנו משתמשים של טפט של כדורים באופן קבוע מסודרים לפי סימטריה משולש או ריבועיות בצורה כזאת, כי הפרמטר גיאומטרי מפשט לגיאומטריה יחיד. ב מגבלת זרימה זוחל, נתאר השיטה הניסיונית באמצעות ר...

חלקיק התחלתית הוא נתקל במגוון רחב של תהליכים תעשייתיים וטבעיים. הסביבה דוגמאות התהליך הראשוני של משקעים תחבורה הנהר, אוקיינוסים, מיטה שחיקה או חולית היווצרות בין היתר 1,2,3. שינוע4פנאומטיים, הסרת מזהמים או ניקוי של משטחים5,6 הם יישומים תעשייתיים המערבים את התחלתה של חלקיק.
בשל המגוון רחב של יישומים, תחילתה של חלקיק בהרחבה נחקרה יותר ממאה, בעיקר תחת תנאים הסוערים7,8,9,10,11, 12,13,14,15. גישות ניסיוניות רבות הוחלו לקביעת הסף תחילתה של תנועה. הלימודים כוללים פרמטרים כגון החלקיק ריינולדס מספר13,16,17,18,19,20, שירידות לזרימה יחסית 21 , 22 , 23 , 24 או גורמים גיאומטריות כמו הזווית של נחת16,18,25, חשיפה זרימה26,27,28,29, דגן יחסית תיתכן29 או מדרון מיטה streamwise30.
הנתונים העדכניים על הסף לרבות תנאים הסוערים בהרחבה פזורים12,31 , התוצאות לעיתים קרובות נראים לא עקביים24. זאת בעיקר בשל המורכבות הטבועה של שליטה או קביעת מפרמטרי הזרם תחת תנאים הסוערים13,14. חוץ מזה, הסף עבור תנועה משקעים בחוזקה תלוי במצב של תנועה, כלומר הזזה, מתגלגל או הרמת17 , הקריטריון לאפיין תנועה התחלתית31. האחרון עשוי להיות דו משמעי מיטה משקעים erodible.
במהלך העשור האחרון, ניסיוני חוקרים חקרו חלקיק התחלתית בשכבתית זורם32,33,34,35,36,37, 38 , 39 , 40 , 41 , 42 , 43 , 44, איפה ספקטרום רחב של פיסיקליות אינטראקציה עם המיטה להימנע45. על תרחישים מעשיים רבים רומז שיקוע, החלקיקים הם קטנים למדי ואין החלקיק מספר ריינולדס נותר נמוך יותר על 546. מצד שני, זורם שכבתית מסוגלים ליצור תבניות גיאומטריות כמו אדוות והדיונות כמו מערבולות42,47. Similitudes של שני משטרי הוכחו לשקף אנלוגיות ב כבסיס פיזיקה47 כך תובנה חשובה עבור הובלה של חלקיקים ניתן להשיג טוב יותר מבוקר מערכת ניסויית48.
בזרימה שכבתית, Charru. et al. הבחין כי הביא התארגנות מחודשת המקומי של מיטה פרטנית של החרוזים בגודל אחיד, כביכול המיטה armouring, עלייה פרוגרסיבית הסף תחילתה של תנועה עד רוויה תנאים הושגו 32. ספרות, עם זאת, מגלה סף שונים עבור תנאים רווי במיטות משקעים ומתפשטים מסודרים בהתאם הגדרת ניסיוני36,44. פיזור זה יכול להיות בגלל הקושי של השליטה החלקיקים פרמטרים כגון התמצאות, תיתכן רמה הקומפקטיות של המשקעים.
המטרה העיקרית של כתב יד זה היא לתאר בפרוטרוט כיצד לאפיין את התנועה התחלתית של הספירות יחיד כפונקציה של מאפיינים גיאומטריים של המיטה משקעים אופקי. לצורך כך נשתמש גיאומטריות רגיל, המורכב monolayers של חרוזים קבוע באופן קבוע מסודרים לפי תצורות משולש או ריבועיות. מצעים רגיל דומה כי אנו משתמשים נמצאים ביישומים כגון עבור התבנית-ההרכבה של חלקיקי microfluidic מבחני49, הרכבה עצמית של microdevices מוקף גיאומטריות מובנות50 או מהותי הנוצרות על-ידי חלקיקים תחבורה ב microchannels51. חשוב יותר, באמצעות מצעים רגיל מאפשר לנו להדגיש את ההשפעה של הגיאומטריה המקומי ואת כיוון וכדי למנוע כל dubiety על תפקידו של השכונה.
בזרימה שכבתית, הבחנו כי המספר מגינים קריטי גדל ב-50% בלבד בהתאם המרווח בין הספירות את המצע ובכך את חשיפת החרוז הזרימה38. בדומה לכך, מצאנו כי המספר מגינים קריטי ששונו על-ידי עד פי שניים בהתאם הכיוון של המצע כיוון זרימת38. שמנו לב כי השכנים משותק משפיעות רק תחילתה של החרוז נייד אם הם היו קרובים יותר חלקיקים על שלושה קטרים41 בעקבות ממצאי הניסוי, לאחרונה הוצגו מודל אנליטי קפדני אשר מנבאת המספר מגינים קריטי מגבלת זוחל זרימה40. המודל מכסה תחילתה של תנועה מן חשוף מאוד חרוזים מוסתרים.
החלק הראשון של כתב יד זה עוסק בתיאור בהליך ניסיוני בשימוש במחקרים קודמים על הטיה מספר ריינולדס, Re *, נמוך מ-1. זרימה שכבתית מושרה עם rheometer המסתובבת עם תצורת מקבילים. המגבלה מספר ריינולדס נמוך, החלקיק לא אמור לחוות תנודות בכל מהירות20 , המערכת תואמת את זרימת הידראולית חלקה כביכול שבו החלקיק שקוע בתוך השכבה צמיגה.
לאחר תחילת תנועה במהירות זרימה שכבתית הוא הוקם, תפקידו של מערבולת יכול להיות ברור יותר. מוטיבציה מאת הרעיון הזה, אנחנו מציגים הליך ניסיוני הרומן של החלק השני של הפרוטוקול. באמצעות במנהרת רוח במהירות נמוכה גטינגן עם סעיף מבחן פתוח סילון, המגנים קריטי מספר יכול להיקבע ב רחב טווח של רי * כולל את תנוחת הידראולית ואת המשטר הסוערים. תוצאות הניסוי יכול לספק תובנה חשובה לגבי איך torques וכוחות לפעול על חלקיק בשל הזרם מערבולות בהתאם הגיאומטריה של המצע. חוץ מזה, תוצאות אלו יכול לשמש תקן ביצוע עבור דגמים מתוחכמים יותר-Re גבוהה * באופן דומה כי לעבוד בעבר בזרימה שכבתית שימש להאכיל חצי מודלים הסתברותיים52 או כדי לאמת את מספרי הדגמים האחרונים53. נציג כמה דוגמאות מיצגות של יישומים ב- Re * הנע בין 40 ל-150.
הקריטריון התחלתית היא הוקמה בתור התנועה של החלקיק בודד ממיקומו שיווי משקל הראשוני בפעם הבאה. עיבוד תמונה משמשת כדי לקבוע את המצב של היווצרות תנועה, כלומר מתגלגל, הזזה, הרמת39,41. לצורך כך מזוהה את זווית הסיבוב של תחומים ניידים שסומנו באופן ידני. האלגוריתם עוקב אחר המיקום של הסימנים ומשווה אותו עם המרכז של הכדור. סט ראשוני של ניסויים נערך בשני set-ups ניסיוני להבהיר מספר המגנים קריטית נותרת ללא תלות בגודל סופי השפעות לזרימה יחסית שירידות הקמה. השיטות ניסיוני נועדו ובכך לא לכלול כל פרמטר אחר תלוי המספר מגינים קריטי מעבר Re * מאפיינים גיאומטריים של המיטה משקעים. רי * מגוון באמצעות צירופים נוזל-חלקיקים שונים. המספר מגינים קריטי מאופיין כפונקציה של מידת קבורה, <img alt="Equation 01" src="/files/ftp_upload/57238/57238eq001.jpg"> </img>, המוגדר על ידי מרטינו. et al. 37 כמו <img alt="Equation 02" src="/files/ftp_upload/57238/57238eq002.jpg"> בו <img alt="Equation 03" src="/files/ftp_upload/57238/57238eq003.jpg"> היא זווית השיפוע, קרי הזווית הקריטית-איזו תנועה מתרחשת54, ו <img alt="Equation 04" src="/files/ftp_upload/57238/57238eq004.jpg"> היא מידת החשיפה, מוגדר כיחס בין האזור חתך הרוחב חשוף ביעילות זרימת אל אזור חתך הרוחב הכולל של החרוז ניידים.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1093">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:368px;">MCR 302 Rotational Rheometer</td>
			<td style="width:255px;">Antoon Par</td>
			<td style="width:471px;">Induction of shear laminar flow</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:368px;">Measuring Plate PP25</td>
			<td style="width:255px;">Antoon Par</td>
			<td>Induction of shear laminar flow</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:368px;">Peltier System P-PTD 200</td>
			<td style="width:255px;">Antoon Par</td>
			<td>Keep temperature of silicon oils constant in the system at laminar flow</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:368px;">Silicone oils with viscosities of approx. 10 and 100 mPas</td>
			<td style="width:255px;">Basildon Chemicals</td>
			<td>Fluid used to induced the shear in the particles</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:368px;">Soda-lime glass beads of (405.9 &#177; 8.7) &#956;m</td>
			<td style="width:255px;">The Technical Glass Company</td>
			<td>Construction of the regular substrates for laminar flow conditions</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:368px;">Opto Zoom 70 Module 0.3x-2.2x</td>
			<td style="width:255px;">WEISS IMAGING AND SOLUTIONS GmbH</td>
			<td>Imaging system for recording the bead motion in the rheometer</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:368px;">2 x TV-Tube 1.0x, D=35 mm, L=146.5 mm</td>
			<td style="width:255px;">WEISS IMAGING AND SOLUTIONS GmbH</td>
			<td>Imaging system for recording the bead motion in the rheometer</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:368px;">UI-1220SE CMOS Camera</td>
			<td style="width:255px;">IDS Imaging Development Systems GmbH</td>
			<td>Imaging system for recording the bead motion in the rheometer</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:368px;">UI-3590CP CMOS Camera</td>
			<td style="width:255px;">IDS Imaging Development Systems GmbH</td>
			<td>Imaging system for recording the bead motion in the rheometer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:368px;">Volpi IntraLED 3 - LED light source&#160;</td>
			<td style="width:255px;">Volpi USA</td>
			<td>Imaging system for recording the bead motion in the rheometer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:368px;">Active light guide diameter 5mm</td>
			<td style="width:255px;">Volpi USA</td>
			<td>Imaging system for recording the bead motion in the rheometer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:368px;">300 Watt Xenon Arc Lamp</td>
			<td style="width:255px;">Newport Corporation</td>
			<td>Imaging system for recording the bead motion in the rheometer</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:368px;">Wind-tunnel with open jet test section, G&#246;ttingen type&#160;</td>
			<td style="width:255px;">Tintschl BioEnergie und Str&#246;mungstechnik AG</td>
			<td>Induction of turbulent flow</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:368px;">Glass spheres of (2.00 &#177; 0.10) mm</td>
			<td style="width:255px;">Gloches South Korea</td>
			<td>Construction of the regular substrates for turbulent flow conditions</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:368px;">Alumina spheres of (5.00 &#177; 0.25) mm</td>
			<td style="width:255px;">Gloches South Korea</td>
			<td>Targeted bead for experiments</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:368px;">CTA Anemometer DISA 55M01</td>
			<td style="width:255px;">Disa Elektronik A/S&#160;</td>
			<td>Measurement of&#160; flow velocity in the wind tunnel</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:368px;">Miniaure Wire Probe Type 55P15</td>
			<td style="width:255px;">Dantec Dynamics</td>
			<td>Measurement of&#160; flow velocity in the wind tunnel</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:368px;">HMO2022 Digital Oscilloscope, 2 Analogue. Ch., 200MHz</td>
			<td style="width:255px;">Rohde &#38; Schwarz</td>
			<td>Measurement of&#160; flow velocity in the wind tunnel</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:368px;">Phantom Miro eX1 High-speed Camera</td>
			<td style="width:255px;">Vision Research IncVis</td>
			<td>Imaging system for recording the bead motion in the wind-tunnel</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:368px;">Canon ef 180mm f/3.5 l usm macro lens</td>
			<td style="width:255px;">Canon</td>
			<td>Imaging system for recording the bead motion in the wind-tunnel</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:368px;">Table LED Lamp</td>
			<td style="width:255px;">Gloches South Korea</td>
			<td>Imaging system for recording the bead motion in the wind-tunnel</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

visually based characterization of the incipient particle motion in regular substrates: from laminar to turbulent conditions

שתי שיטות שונות לקביעת סף חלקיק כפונקציה של מאפיינים גיאומטריים של המיטה מ למינריות ותנאים של זרימת מערבולות ניסיוני מוצגים. לצורך כך התנועה התחלתית של חרוז אחד הוא למד על מצעים רגיל מורכבת טפט של קבוע כדורים בגודל אחיד שמסודרים באופן קבוע נבחרים בסימטריות משולש וריבועיות. הסף מאופיין על ידי מספר המגנים קריטי. הקריטריון תחילתה של תנועה מוגדר העקירה מיקום שיווי המשקל המקורי לאחת השכנות. העקירה, המצב של תנועה מזוהים עם מערכת הדמיה. זרימה שכבתית מושרה באמצעות rheometer של הסיבוב עם תצורת הדיסק מקבילים. הטיה מספר ריינולדס נשאר מתחת 1. הזרם מערבולות מושרה במנהרת רוח במהירות נמוכה עם סעיף מבחן פתוח סילון. מהירות אוויר מוסדר עם ממיר תדר על המאוורר מפוח. הפרופיל מהירות נמדד גשש תיל חם מחובר מד רוח סרט חם. הטיה מספר ריינולדס נע בין 40 ל- 150. החוק מהירות לוגריתמי ואת החוק ששונה קיר שהוצגו על ידי ולומברדיה משמשים כדי להסיק את מהירות הטיה מנתוני ניסיוני. האחרון הוא עניין מיוחד כאשר החרוז ניידים חשוף חלקית לזרימה מערבולות המשטר הידראולית תנוחת כביכול. מאמץ גזירה מוערכת תחילתה של תנועה. כמה תוצאות המחשה מציג ההשפעה החזקה של זווית השיפוע הטבעי, החשיפה של החרוז להטיית זרימה מיוצגים שני משטרים.

איור 1 (א) מייצג קלסתרון של הסידור ניסיוני שימוש כדי לאפיין את מספר המגנים קריטי ב מגבלת זרימה זוחל, בסעיף 1 של הפרוטוקול. המדידות נערכות על הסיבוב rheometer שעבר שינוי עבור יישום ספציפי זה. צלחת פרספקס שקוף של 70 מ"מ קוטר היה קבוע בזהירות על צלחת מקבילים ...

Watch this Scientific Journal Video about Visually Based Characterization of the Incipient Particle Motion in Regular Substrates: From Laminar to Turbulent Conditions at JoVE.com

Visually Based Characterization of the Incipient Particle Motion in Regular Substrates: From Laminar to Turbulent Conditions

שתי שיטות שונות עבור אפיון של חלקיק התחלתית של חרוז אחד כפונקציה של הגיאומטריה מיטה משקעים מן למינריות לזרימה מערבולות מוצגים.

באופן חזותי המבוסס על אפיון חלקיק התחלתית של סובסטרטים רגיל: מלמינריות לתנאים הסוערת

Two different experimental methods for determining the threshold of particle motion as a function of geometrical properties of the bed from laminar to ...

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Engineering

Physics

Mechanical Engineering

Unit 1

Equilibrium of a Particle

Application of Newton's Laws of Motion

SCIENTISTS IN ACTION

Echo Particle Image Velocimetry

הד Velocimetry תמונת חלקיקים

The transport of mass, momentum, and energy in fluid flows is ultimately determined by spatiotemporal distributions of the fluid velocity field.1 ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

דפוסים באמצעות מעברי Saturable אופטיים - ייצור ואפיון

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

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

פינת שינוי סלקטיבית של יכולת רטיבות משטח סיליקון על ידי פעמו UV לייזר הקרנה בסביבה נוזלית

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

Electron Channeling Contrast Imaging for Rapid III-V Heteroepitaxial Characterization

הדמיה ניגודיות אלקטרונים תקשור לראפיד III-V Heteroepitaxial אפיון

Misfit dislocations in heteroepitaxial layers of GaP grown on Si(001) substrates are characterized through use of electron channeling contrast imaging ...

Characterization of Nanocrystal Size Distribution using Raman Spectroscopy with a Multi-particle Phonon Confinement Model

אפיון התפלגות גודל ננו באמצעות ראמאן ספקטרוסקופיה עם דגם Phonon מאסר רב-חלקיקים

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The ...

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

פיתוח של התקנה ניסיונית עבור המדידה של מקדם התקומה בתנאי אבק

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

In Vitro Culture of Epicardial Cells From Mouse Embryonic Heart

In Vitro Culture of Epicardial Cells From Mouse Embryonic Heart

במבחנה והתרבות של תאי Epicardial מתוך לב העכבר עוברי

During embryogenesis, the epicardial contribution to coronary vasculature development has been very well established. Cells derived from the epicardium ...

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

באתרו ויזואליזציה של התנהגות השלב של דוגמאות שמן בתנאי תהליך זיקוק

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 ...

Effective Analysis of Human Exposure Conditions with Body-worn Dosimeters in the 2.4 GHz Band

ניתוח יעיל של תנאי חשיפה של אדם עם הגוף שחוקה Dosimeters ב 2.4 GHz הלהקה

A well-defined experimental procedure is put forward to evaluate maximum exposure conditions in a worst-case scenario whilst avoiding the uncertainties ...

The Diffusion of Passive Tracers in Laminar Shear Flow

פעפוע של המשדרים פסיבי בזרימת הטיה למינריות

A simple method to experimentally observe and measure the dispersion of a passive tracer in a laminar fluid flow is described. The method consists of ...