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

लेखकों बहुमूल्य सलाह के लिए अज्ञात रेफरी के लिए आभारी है और Sukyung चोई, Byeongwoo Ko और Baekkyoung के लिए प्रयोग की स्थापना में सहयोग के लिए शिन । इस काम को २०१७ में ब्रेन बुसान 21 प्रोजेक्ट ने सपोर्ट किया था ।

1. प्रारंभिक कण गति रेंगने प्रवाह की सीमा में ।
नोट: माप इस विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए संशोधित किया गया है एक घुमाव rheometer में आयोजित किए जाते हैं ।
<ol><li>Rheometer की तैयारी कर रहा है ।
	<ol>
<li>हवा बीयरिंग...

हम तलछट बिस्तर ज्यामिति के एक समारोह के रूप में प्रारंभिक कण गति निस्र्पक के लिए दो अलग प्रयोगात्मक तरीके पेश करते हैं । उस प्रयोजन के लिए, हम नियमित रूप से इस तरह से एक त्रिकोणीय या द्विघात समरूपता के अ?...

प्रारंभिक कण गति औद्योगिक और प्राकृतिक प्रक्रियाओं की एक विस्तृत श्रृंखला में सामना करना पड़ा है । पर्यावरणीय उदाहरणों में नदी और महासागरों में तलछट परिवहन की आरंभिक प्रक्रिया शामिल है, दूसरों के बीच बिस्तर कटाव या टीला निर्माण 1,2,3। वायवीय संदेश4, प्रदूषकों को हटाने या सतहों की सफाई5,6 ठेठ औद्योगिक कण गति की शुरुआत शामिल आवेदन कर रहे हैं ।
अनुप्रयोगों की व्यापक रेंज के कारण, कण गति की शुरुआत बड़े पैमाने पर एक सदी से अधिक अध्ययन किया गया है, ज्यादातर अशांत परिस्थितियों में7,8,9,10,11, 12,13,14,15. कई प्रायोगिक दृष्टिकोण गति की शुरुआत के लिए सीमा निर्धारित करने के लिए लागू किया गया है । अध्ययनों में कण रेनॉल्ड्स नंबर13,16,17,18,19,20, सापेक्षिक फ्लो डूब जैसे पैरामीटर्स शामिल हैं 21 , 22 , 23 , 24 या ज्यामितीय कारकों के रूप में कट् टे16,18,25, प्रवाह को26,27,28,29, सापेक्ष अनाज दखल29 या streamwise बिस्तर ढलान30.
अशांत परिस्थितियों सहित दहलीज के लिए वर्तमान डेटा मोटे तौर पर12,31 बिखरे हुए हैं और परिणाम अक्सर24असंगत लग रहे हैं । यह ज्यादातर को नियंत्रित करने या अशांत परिस्थितियों के तहत प्रवाह मापदंडों का निर्धारण13,14के अंतर्निहित जटिलता के कारण है । इसके अलावा, तलछट गति के लिए सीमा दृढ़ता से गति की विधा पर निर्भर करता है, यानी फिसलने, रोलिंग या भारोत्तोलन17 और कसौटी प्रारंभिक गति31विशेषताएं । बाद एक erodible तलछट बिस्तर में अस्पष्ट हो सकता है ।
पिछले दशक के दौरान, प्रयोगात्मक शोधकर्ताओं ने लामिना प्रवाह में प्रारंभिक कण गति का अध्ययन किया है३२,३३,३४,३५,३६,३७, ३८ , ३९ , ४० , ४१ , ४२ , ४३ , ४४, जहां लंबाई तराजू बिस्तर के साथ बातचीत के व्यापक स्पेक्ट्रम४५से परहेज है । अवसाद का अर्थ कई व्यावहारिक परिदृश्यों में, कणों काफी छोटे हैं और कण रेनॉल्ड्स संख्या के बारे में 5४६से कम रहता है । दूसरी ओर, लामिना बहती लहर और टिब्बा के रूप में अशांत प्रवाह के रूप में ज्यामितीय पैटर्न उत्पंन कर रहे है४२,४७। दोनों परहेजों में Similitudes अंतर्निहित भौतिकी में सादृश्य को प्रतिबिंबित करने के लिए दिखाया गया है४७ कण परिवहन के लिए महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि एक बेहतर नियंत्रित प्रयोगात्मक प्रणाली४८से प्राप्त किया जा सकता है ।
लामिना प्रवाह में, Charru एट अल । गौर किया है कि समान रूप से आकार मोतियों की एक दानेदार बिस्तर के स्थानीय पुनर्व्यवस्था, तथाकथित बिस्तर बख्तरबंद, गति की शुरुआत के लिए सीमा के एक प्रगतिशील वृद्धि के परिणामस्वरूप जब तक संतृप्त स्थितियों हासिल किए गए ३२. साहित्य, तथापि, प्रयोगात्मक सेट अप३६,४४के आधार पर अनियमित रूप से व्यवस्थित तलछट बिस्तरों में संतृप्त स्थितियों के लिए अलग थ्रेसहोल्ड का पता चलता है । इस तितर बितर करने के लिए अभिविंयास के रूप में कण मानकों को नियंत्रित करने की कठिनाई के कारण हो सकता है, घुसपैठ के स्तर और तलछट के संकुचन ।
इस पांडुलिपि का मुख्य लक्ष्य विस्तार में वर्णन करने के लिए कैसे क्षैतिज तलछट बिस्तर के ज्यामितीय गुणों के एक समारोह के रूप में एकल क्षेत्रों की प्रारंभिक गति को चिह्नित करने के लिए है । उस प्रयोजन के लिए, हम नियमित रूप से geometries, नियमित रूप से त्रिकोणीय या द्विघात विंयास के अनुसार व्यवस्था की निश्चित मोतियों की monolayers से मिलकर का उपयोग करें । नियमित रूप से है कि हम उपयोग करने के लिए इसी तरह के टेंपलेट के लिए जैसे अनुप्रयोगों में पाया जाता है microfluidic परख में कणों की विधानसभा४९, स्व संरचित geometries में microdevices की विधानसभा५० या आंतरिक कण-प्रेरित microchannels में परिवहन५१. इससे भी महत्वपूर्ण बात, नियमित रूप से सब्सट्रेट का उपयोग हमें स्थानीय ज्यामिति और अभिविन्यास के प्रभाव को उजागर करने के लिए और पड़ोस की भूमिका के बारे में कोई dubiety से बचने के लिए अनुमति देता है ।
लामिना प्रवाह में, हमने देखा है कि महत्वपूर्ण ढाल संख्या केवल सब्सट्रेट क्षेत्रों के बीच की रिक्ति के आधार पर ५०% की वृद्धि हुई है और इस तरह के प्रवाह के लिए मनका के जोखिम पर३८। इसी प्रकार, हमने पाया है कि महत्वपूर्ण ढाल संख्या ऊपर से एक कारक के लिए बदल सब्सट्रेट के उंमुखीकरण के आधार पर प्रवाह दिशा३८। हमने देखा है कि मोबाइल पड़ोसियों केवल मोबाइल मनका की शुरुआत को प्रभावित अगर वे करीब तीन कण व्यास४१से अधिक थे । प्रयोग निष्कर्षों से ट्रिगर, हम हाल ही में एक कठोर विश्लेषणात्मक मॉडल है कि डरावना प्रवाह सीमा४०में महत्वपूर्ण ढाल संख्या भविष्यवाणी प्रस्तुत किया है । मॉडल अत्यधिक छिपा मोतियों को उजागर से गति की शुरुआत शामिल हैं ।
प्रयोगात्मक रेनॉल्ड्स संख्या, पुनः *, 1 से कम में पिछले अध्ययनों में प्रयुक्त प्रायोगिक प्रक्रिया के विवरण के साथ इस पांडुलिपि सौदों के पहले भाग । लामिना प्रवाह एक समानांतर विंयास के साथ एक रोटेशन rheometer के साथ प्रेरित है । इस कम रेनॉल्ड्स संख्या सीमा में, कण किसी भी वेग अस्थिरता20 का अनुभव नहीं है और सिस्टम के तथाकथित हाइड्रोलिक चिकनी प्रवाह जहां कण चिपचिपा उपस्तर के भीतर जलमग्न है से मेल खाता है ।
एक बार लामिना प्रवाह में प्रारंभिक गति स्थापित है, अशांति की भूमिका स्पष्ट हो सकता है । इस विचार से प्रेरित होकर, हम प्रोटोकॉल के दूसरे भाग में एक उपंयास प्रयोगात्मक प्रक्रिया परिचय । ओपन जेट परीक्षण अनुभाग के साथ एक गौटिंगेन कम गति पवन सुरंग का प्रयोग, महत्वपूर्ण ढाल संख्या पुनः की एक विस्तृत श्रृंखला में निर्धारित किया जा सकता है * हाइड्रोलिक संक्रमणकालीन प्रवाह और अशांत शासन भी शामिल है । प्रायोगिक परिणामों के बारे में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकते है कैसे बलों और टोक़ एक कण सब्सट्रेट ज्यामिति के आधार पर अशांत प्रवाह के कारण पर कार्य । इसके अलावा, इन परिणामों को उच्च पुनः में अधिक परिष्कृत मॉडल के लिए एक बेंचमार्क के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है * एक समान तरीका है कि लामिना प्रवाह में पिछले काम के लिए अर्द्ध संभाव्य मॉडल५२ फ़ीड या हाल ही में संख्यात्मक मॉडल५३मांय इस्तेमाल किया गया है । हम पुनः पर आवेदनों की कुछ प्रतिनिधि उदाहरण वर्तमान ४० से लेकर १५० ।
प्रारंभिक कसौटी अगले एक करने के लिए अपने प्रारंभिक संतुलन की स्थिति से एकल कण की गति के रूप में स्थापित किया गया है । छवि प्रसंस्करण के लिए गति, यानी रोलिंग, फिसलने, भारोत्तोलन३९,४१की शुरुआत की विधा का निर्धारण किया जाता है । उस उद्देश्य के लिए, मैन्युअल रूप से चिह्नित किए गए मोबाइल क्षेत्रों के घुमाव के कोण का पता लगाया है । एल्गोरिथ्म चिह्न की स्थिति ट्रैक करता है और यह क्षेत्र के केंद्र के साथ तुलना करता है । प्रयोगों का एक प्रारंभिक सेट दोनों प्रयोगात्मक सेट अप में आयोजित किया गया था स्पष्ट है कि महत्वपूर्ण ढाल संख्या सेट अप और सापेक्ष प्रवाह डूब के परिमित आकार प्रभाव से स्वतंत्र रहता है । प्रायोगिक तरीके इस प्रकार के लिए किसी भी अंय पैरामीटर Re * और तलछट बिस्तर के ज्यामितीय गुणों से परे महत्वपूर्ण ढाल संख्या पर निर्भर बाहर करने के लिए डिज़ाइन कर रहे हैं । Re * विभिंन द्रव कण संयोजन का उपयोग कर विभिंन है । महत्वपूर्ण ढाल संख्या दफन डिग्री के एक समारोह के रूप में विशेषता है, Martino <img alt="Equation 01" src="/files/ftp_upload/57238/57238eq001.jpg"> </img> एट अल द्वारा परिभाषित किया गया है । ३७ के रूप में जहां कट् टे का कोण <img alt="Equation 02" src="/files/ftp_upload/57238/57238eq002.jpg"> <img alt="Equation 04" src="/files/ftp_upload/57238/57238eq004.jpg"> है, <img alt="Equation 03" src="/files/ftp_upload/57238/57238eq003.jpg"> यानी महत्वपूर्ण कोण जिस पर गति५४होती है, और एक्सपोज़र डिग्री है, जो क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र के बीच के अनुपात के रूप में परिभाषित है जो प्रभावी रूप से प्रवाह को उजागर करता है कुल पार करने के लिए मोबाइल मनका के अनुभागीय क्षेत्र ।

<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

लामिना से अशांत प्रवाह की स्थिति के लिए बिस्तर के ज्यामितीय गुणों के एक समारोह के रूप में कण गति की दहलीज निर्धारित करने के लिए दो अलग प्रयोगात्मक तरीकों प्रस्तुत कर रहे हैं । उस प्रयोजन के लिए, एक एकल मनका के प्रारंभिक गति नियमित रूप से एक समान आकार है कि नियमित रूप से त्रिकोणीय और द्विघात समानताएं में व्यवस्था कर रहे है की निश्चित क्षेत्रों के एक monolayer से मिलकर बनता है पर अध्ययन किया है । दहलीज महत्वपूर्ण ढाल संख्या की विशेषता है । गति की शुरुआत के लिए कसौटी मूल संतुलन की स्थिति से विस्थापन के रूप में पड़ोसी एक को परिभाषित किया गया है । विस्थापन और गति की विधा एक इमेजिंग प्रणाली के साथ की पहचान कर रहे हैं । लामिना प्रवाह एक समानांतर डिस्क विंयास के साथ एक रोटेशन rheometer का उपयोग कर प्रेरित है । कतरनी रेनॉल्ड्स नंबर 1 के नीचे रहता है. अशांत प्रवाह खुला जेट परीक्षण अनुभाग के साथ एक कम गति हवा सुरंग में प्रेरित है । हवा वेग धौंकनी प्रशंसक पर एक आवृत्ति कनवर्टर के साथ विनियमित है । वेग प्रोफ़ाइल एक गर्म तार जांच एक गर्म फिल्म मीटर से जुड़े के साथ मापा जाता है । कतरनी रेनॉल्ड्स संख्या ४० और १५० के बीच पर्वतमाला. लघुगणकीय वेग कानून और Rotta द्वारा प्रस्तुत संशोधित दीवार कानून प्रयोगात्मक डेटा से कतरनी वेग अनुमान करने के लिए उपयोग किया जाता है । बाद विशेष ब्याज की है जब मोबाइल मनका आंशिक रूप से तथाकथित हाइड्रोलिक संक्रमणकालीन प्रवाह शासन में अशांत प्रवाह के संपर्क में है । कतरनी तनाव गति की शुरुआत में अनुमानित है । कुछ उदाहरण के परिणाम कट् के कोण के मजबूत प्रभाव दिखा रहा है, और कतरनी प्रवाह को मनका के जोखिम दोनों सरकारों में प्रतिनिधित्व कर रहे हैं ।

चित्र 1 (a) प्रयोगात्मक सेट-अप के एक स्केच का प्रतिनिधित्व करता है जो कि रेंगने वाले प्रवाह सीमा में महत्वपूर्ण शील्ड संख्या, प्रोटोकॉल की धारा 1 को चिह्नित करने के लिए उपयोग...

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

निस्र्पक के लिए दो अलग तरीके एक एकल मनका के प्रारंभिक कण गति लामिना से अवसादी बिस्तर ज्यामिति के एक समारोह के रूप में अशांत प्रवाह के लिए प्रस्तुत कर रहे हैं ।

नेत्रहीन प्रारंभिक कण गति के नियमित रूप से सब्सट्रेट में आधारित लक्षण वर्णन: लामिना से अशांत स्थितियों के लिए

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