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

Авторы благодарны тем, неизвестных судей за ценные советы и Sukyung Чой, Byeongwoo Ko и Baekkyoung шин для сотрудничества в создании экспериментов. Эта работа была поддержана мозг Пусан 21 проекта в 2017 году.

1. движения зарождающегося частиц в ползучая предел потока.
Примечание: Измерения проводятся в ротации Реометр, который был изменен для этого конкретного приложения.
<ol><li>Подготовка Реометр.
	<ol>
<li>Подключение подачи воздуха к Реометр во избежание повреждения п?...

Мы представляем два различных экспериментальных методов для характеризующие движения зарождающегося частиц в зависимости от геометрии кровать отложений. Для этой цели мы используем монослоя сфер, регулярно устраиваются согласно треугольные или квадратичной симметрии таким образом...

Движения зарождающегося частиц встречается в широком диапазоне промышленных и природных процессов. Экологические примеры включают начальный процесс отложения транспорт в реки и океаны, кровати эрозии или Дюна образование среди других 1,2,3. Пневматической подачи4, удаление загрязняющих веществ или очистке поверхности5,6 являются типичными промышленных применений, связанных с началом движения частиц.
Благодаря широкому спектру приложений начала движения частиц подробно изучено более столетия, главным образом под бурные условия7,8,9,10,11, 12,13,14,15. Многие экспериментальные подходы применялись для определения порога для начала движения. Эти исследования включают в себя такие параметры, как частица Рейнольдс номер13,16,17,18,19,20, относительная потока погружения 21 , 22 , 23 , 24 или геометрические факторы, как угол почивают16,18,25, воздействие потока26,27,28,29, относительный зерна выступ29 или streamwise кровать склона30.
Текущие данные для порога, включая турбулентных условиях широко разбросаны31 12,и результаты часто кажутся несовместимыми24. Это главным образом объясняется сложность контроля или определения параметров потока под бурные условия13,14. Кроме того порог для движения осадков сильно зависит от режима движения, то есть раздвижные, прокатки или подъема17 и критерий характеризовать зарождающегося движения31. Последний может быть неоднозначной на кровати коррозионно-опасных отложений.
В течение последнего десятилетия экспериментальные исследователи изучили движения зарождающегося частиц в ламинарный потоки32,33,34,,3536,37, 38 , 39 , 40 , 41 , 42 , 43 , 44, где широкий спектр длина шкалы, взаимодействующих с кроватью, избегать45. В многих практических сценариев, подразумевая седиментации, частицы очень малы и число Рейнольдса частиц остается ниже, чем около 546. С другой стороны ламинарный потоки способны генерировать геометрические узоры как рябь и дюны, как турбулентные потоки42,47. Было показано, что similitudes в обеих схемах отразить что аналогии в базовой физики47 так важно понимание для транспортировки частиц могут быть получены из лучше контролируется экспериментальной системы48.
В ламинарного потока Charru et al. заметил, что местные перестановка гранулированных кровати равномерно размера бусин, так называемые кровать армирование, привели к прогрессивное увеличение порога для начала движения до насыщенных условий были достигнуты 32. литература, однако, показывает различные пороговые значения для насыщенных условий в скачками аранжированное отложений кровати в зависимости от экспериментальной установки36,44. Это рассеяние может быть из-за сложности управления частиц параметров, таких как ориентация, выступ уровень и компактность отложений.
Основная цель этой рукописи является подробно описать как охарактеризовать зарождающегося движения одного сфер как функция геометрических свойств горизонтальной отложений кровати. Для этой цели мы используем регулярные геометрии, состоящий из монослои фиксированной бус, регулярно устраиваются согласно треугольной или квадратичной конфигураций. Похож на регулярные подложках, которые мы используем находятся в приложений, таких как шаблон-Ассамблея частиц в microfluidic анализов49, самостоятельной сборки микросхемами в замкнутых геометрий структурированных50 или внутренних частиц индуцированной Транспорт в микроканалов51. Что еще более важно использование регулярных субстратов позволяет нам подчеркнуть влияние местных геометрии и ориентации и во избежание любых неясностей, о роли окрестности.
В ламинарного потока мы наблюдали, что критическое количество щитов увеличен на 50% только в зависимости от расстояния между сферами субстрата и, таким образом, на экспозиции шарик для потока38. Аналогичным образом, мы обнаружили, что критическое число Шилдс изменено до раза два в зависимости от ориентации субстрат для направления потока38. Мы заметили, что неподвижные соседей влияют только на начала мобильных шарик если они были ближе, чем о трех частиц диаметром41. Вызваны результаты эксперимента, мы недавно представили строгий аналитическая модель, которая предсказывает критическое число Шилдс в ползучая предел потока40. Модель охватывает начала движения от весьма подвержены скрытые бусины.
В первой части этой рукописи предложения с описанием экспериментальной процедуры, используемой в предыдущих исследованиях на сдвиг числа Рейнольдса, ре *, ниже, чем 1. Ламинарный поток наведено с вращения Реометр с параллельной конфигурации. В этой низкий предел числа Рейнольдса частица не должны испытывать каких-либо колебаний скорости20 и система соответствует так называемой гидравлически гладкой потока, где частицы погружен в течение вязкой подслой.
После зарождающегося движения на ламинарный поток, роль турбулентности может проясниться. Руководствуясь этой идеи, мы представляем Роман экспериментальной процедуры во второй части протокола. С помощью Гёттинген низкой скорости аэродинамической трубе с открытым реактивного тестирования секции, критических Шилдс, номер может быть определена в широкий диапазон от ре * включая гидравлически переходного потока и турбулентного режима. Экспериментальные результаты может обеспечить важную информацию о как сил и моментов действовать на частицу вследствие турбулентного потока в зависимости от геометрии субстрата. Кроме того эти результаты могут использоваться как ориентир для более сложных моделей на высокие ре * в Аналогичным образом, что последние работы в ламинарный поток был использован кормить полу вероятностные модели52 или проверить последние численные модели53. Мы представляем некоторые показательные примеры приложений в ре * от 40 до 150.
Зарождающегося критерий устанавливается как движения одной частицы от его начального равновесия к следующему. Обработка изображений используется для определения режима начала движения, т.е. качения, скольжения, лифтинг39,41. Для этой цели обнаруживается угол поворота мобильных сфер, которые ознаменовались вручную. Алгоритм отслеживает положение знаков и сравнивает его с центром сферы. Предварительный набор экспериментов было проведено в обеих экспериментальных установок для уточнения, что критическое число Шилдс остается независимо от конечного размера эффектов настройки и относительной потока погружения. Таким образом экспериментальные методы предназначены для исключения любого другого параметра, зависит от критического числа щитов за ре * и геометрических свойств осадков кровати. Ре * очень разнообразен, с использованием различных комбинаций жидкость частицу. Критическое количество щитов характеризуется как функция захоронения степени, <img alt="Equation 01" src="/files/ftp_upload/57238/57238eq001.jpg"> </img>, определяется Мартино и др. 37 как <img alt="Equation 02" src="/files/ftp_upload/57238/57238eq002.jpg"> где <img alt="Equation 03" src="/files/ftp_upload/57238/57238eq003.jpg"> является угол естественного откоса, т.е. критический угол на котором движение происходит54, и <img alt="Equation 04" src="/files/ftp_upload/57238/57238eq004.jpg"> — это степень воздействия, определяется как соотношение между площадь поперечного сечения, эффективно воздействию потока с Общая площадь поперечного сечения мобильных шарик.

<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

Представлены две различные экспериментальные методы для определения порогового показателя движения частиц в зависимости от геометрических свойств постели от ламинарного турбулентные условия потока. Для этой цели зарождающегося движения одного из бисера изучается на регулярных подложках, которые состоят из монослоя фиксированной сфер одинакового размера, которые регулярно устраиваются в треугольной и квадратичные симметрии. Порог характеризуется критическим числом щиты. Критерием для начала движения определяется как перемещение из исходного положения равновесия в соседний. Перемещение и режим движения определяются с системой обработки изображений. Ламинарный поток наведено с помощью вращения Реометр с параллельной диска конфигурации. Сдвиг числа Рейнольдса остается ниже 1. Турбулентный поток индуцируется в низкой скорости аэродинамической трубе с открытым реактивного тестирования секции. Скорость воздуха регулируется преобразователем частоты на вентилятор вентилятор. Профиль скорости измеряется с зондом горячий провод подключен к горячий фильм анемометр. Сдвиг числа Рейнольдса колеблется от 40 до 150. Логарифмическая скорость закон и Закон изменение стены, представленный Rotta используются для определения скорости сдвига от экспериментальных данных. Последний представляет особый интерес, когда мобильные шарик частично подвергается турбулентный поток в so-called потоков гидравлически переходного режима. Касательное напряжение оценивается в начале движения. В обоих режимах представлены некоторые наглядные результаты показаны сильное влияние угол естественного откоса, и воздействия шарик для наклона потока.

Рисунок 1 (a) представляет эскиз экспериментальной установки, используемые для характеристики критическое число Шилдс в ползучая предел потока, статья 1 протокола. Измерения проводятся в ротации Реометр, который был изменен для этого конкретн?...

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

Представлены два различных метода для характеризующие движения зарождающегося частиц один шарик как функция геометрии кровать осадков от ламинарного для турбулентного потока.

Визуально на основе характеристик движения зарождающегося частиц в обычных подложек: от ламинарного турбулентных условиях

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

Эхо Velocimetry Particle Image

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

Создание массивов с помощью оптических насыщающихся переходов - Изготовление и характеристика

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

Селективный Площадь Модификация поверхности кремния смачиваемости импульсным УФ лазерного облучения в жидкой среде

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

Электрон Ченнелинг Контрастность изображений для быстрого III-V гетероэпитаксиального Характеристика

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

Характеристика нанокристаллов распределении размеров с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния с нескольких частиц фононов конфайнмента модели

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

Разработка экспериментальной установки для измерения коэффициента восстановления в условиях вакуума

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

Экстракорпоральное культуры эпикардиального клеток из эмбриональных сердца

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

В Ситу Визуализация фазового поведения нефтяных образцов в условиях процесса нефтеперерабатывающего завода

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

Эффективный анализ воздействия человека условий с надеваются дозиметров в диапазоне 2,4 ГГц

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

Диффузия пассивная Трейсеры в поток ламинарный сдвига

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 ...