Die Natur- und Ingenieurwissenschaften Research Council of Canada (NSERC) und LB Foster Schienen Technologies, Corp. gemeinsam diese Forschung durch das NSERC Collaborative Research and Development Grant-Programm unterstützt.

1. Spinning Plattengeräte <ol><li> Identifizieren gewünschten Testbedingungen und Rekordtestbedingungen in einer Tabelle (zB Umgebungstemperatur, Fluideigenschaften, Jet und Oberflächengeschwindigkeit, etc.). </li><li> Herstellung von Materialien <ol><li> Bereiten Glycerin-Wasser- oder PEO-Glycerin-Wasser-Lösungen für die Aufpralltests. <ol><li> Im Fall von PEO-Glycerin-Wassertests, nach auflösen 4,5 g PEO-Pulver (viskositätsmittleres Molekulargewicht von einer Million und vier Millionen) in 1495,5 g destilliertem Wasser unter sanfter Magnetrührstab über einen 24 Stunden-Zeitraum. Vermeiden Sie zu Rühren der PEO Probe mechanischen Abbau zu verhindern. </li><li> 1,5 kg USP-grade Glycerin Nach und nach zu der wässrigen PEO-Lösung über einen Zeitraum von 24 h zu einer wässrigen Lösung von 0,15% PEO-Konzentration und 50% Glycerin-Konzentration zu erreichen. </li></ol></li><li> Bewahren Sie die Testflüssigkeiten getrennt in luftdichten Behältern unter RT vor und nach jedem Test zu minimieren Verdunstung, der Wasseraufnahme aus der Umgebungsluft und Verschmutzung. Charakterisieren und Spray Flüssigkeiten innerhalb von fünf Tagen der Vorbereitung. </li></ol></li><li> Durchführung von Experimenten <ol><li> Stellen Sie sicher, Luftzufuhrventil der sich drehenden Scheibe Luftlager ist offen und die Manometeranzeige in der richtigen Arbeitsbereich (60 bis 80 psig). Klar alles, was die Plattenbewegung behindern könnten und schalten Sie die Festplatte mit der Hand in beide Richtungen 5 Umdrehungen um für Probleme mit der Festplatte und Lager überprüfen. </li><li> Geschlossen sauber und sicher die Druckgasspeicher für die Testflüssigkeit unter Druck. Pour 3 kg der Testflüssigkeit in die Fluidöffnung des 1-Liter-Akkumulator. </li><li> Schließen Sie den Gasanschluss des Akkumulators mit dem Stickstofftank über einen Druckregler. Schließen Sie den Fluidanschluss des Akkumulators zur Strahl Sprühdüse. </li></ol></li><li> Richten Sie Steuerung und High-Speed-Imaging-System. <ol><li> Starten Sie die sich drehende Scheibe Steuerungssoftware und VFD-Steuerungssoftware.Position zwei Hochgeschwindigkeits-Filmkameras 35 cm entfernt von der Aufprallpunkt und stellen Sie die hohen Vergrößerungslinsen, um den Auftreffpunkt aus zwei Blickwinkeln zu erfassen. </li><li> Stellen Sie die 150 W Faseroptik-Lichtquelle, um einen gleichmäßig ausgeleuchteten Hintergrund für beste Bildqualität (Abbildung 1) zu erzielen. Schalten Sie die Steuerung an diesem Punkt Kameraeinstellung zu erleichtern. </li><li> Führen Sie den Selbsttest-Routine, indem Sie auf &quot;Self-check &#39;Schaltfläche in der Steuerungs-Software, um sicherzustellen, das System funktioniert wie erwartet. </li></ol></li><li> Führen Sie eine Strahlaufprall-Test <ol><li> Stellen Sie die Plattengeschwindigkeit auf den gewünschten Wert mit dem VFD Steuersoftware (500-3000 rpm). </li><li> Um einen Test durchzuführen, starten Sie die automatische Versuchssequenz von der Steuerungs-Software, indem Sie auf die &quot;Test-Sequenz &#39;Button. Die Software wird die optimalen Parameter automatisch zu ermitteln und zu koordinieren, jede Komponente des Systems, um den Test entsprechend zu führen. </li><li> Speichern Sie die resultierende Aufpralltestvideo (siehe zum Beispiel den Screenshot in Abbildung 2). Lesen und beschreiben Oberflächengeschwindigkeit, die Düse wieder Druck und Temperatur aus der Steuerungssoftware. Hinweis: Nach jedem Test läuft ein Plattenreinigungssequenz automatisch zu spülen und trocknen Sie die Plattenoberfläche. Wiederholen Sie den Reinigungsvorgang so oft, bis alle Testflüssigkeit Rückstände entfernt worden ist. ACHTUNG: Während Wasser und Glycerin-Lösung Testflüssigkeiten kann mit dem Reinigungsvorgang gereinigt werden, müssen andere LFMs mit organischen Lösungsmitteln wie Aceton gereinigt werden. In solchen Fällen die Anwendung des Reinigungsmediums auf einen Stoff anstatt direkt Besprühen der Scheibe. </li></ol></li><li> Datenanalyse <ol><li> Bereiten Sie eine Tabelle mit Informationen zu den einzelnen Testbedingung (zB Fluideigenschaften, Umgebungstemperatur, Oberflächenrauigkeit, etc.). </li><li> Öffnen Sie die aufgezeichneten Bilder mit Strahlaufprall cine Betrachtungssoftware, spielen voll Videoaufnahmen bei normalerGeschwindigkeit und beobachten Strahlaufprallverhalten. </li><li> Nehmen Auftreffen Verhaltensmerkmale (Spritz / Verspritzen / Ablagerung; siehe Abbildung 3) in der vorbereiteten Tabellenkalkulation, Anmeldung ungewöhnliche Trends, die Komplikationen mit dem Versuchsaufbau hinweisen. </li><li> Sparen Testergebnisse und Bedingungen in einer Tabellenkalkulation. Nehmen bemerkenswerte Erkenntnisse und besondere Vorkommnisse in Testprotokoll (zB Spritz / Ablagerung Schwellenpunkt, Splash / Ablagerung Übergänge, etc.). Speichern von Screenshots, wenn notwendig. </li><li> Führen Sie die Bildanalyse-Messungen und Datensatzdaten. <ol><li> Starten Sie das On-Screen-Pixel-Messwerkzeug. Öffnen Auftreffen Bilder und Kalibrierung des Abbildungsmaßstabes durch Messen einer Mikro-Herrscher in den Bildern mit der On-Screen-Pixel-Messwerkzeug (Abbildung 4). </li><li> Messen Sie die Maße von Interesse (zB Lamellenstreubreite, W und Lamellenstaupunkt Radius R; siehe Abbildung 5) mit dem Pixel-Mess tool an einem Punkt, wo der Strahl zu sein scheint, in den Video- und Aufzeichnungsdaten in den vorbereiteten Tabellen stabilsten. Dann nehmen Sie eine weitere Gruppe von Messungen 100 Bilder nach der ersten Gruppe von Messungen, um zu bestätigen, dass sowohl der Strahl und die Lamelle stabil sind. Plot Datenpunkte in einem Diagramm und füllen Sie die Kurvenanpassung. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. Luftkanone Geräte <ol><li> Identifizieren gewünschten Testbedingungen und Materialien vorbereiten, wie in Schritt 1.1 und Schritt 1.2. </li><li> Durchführung von Experimenten <ol><li> Schalten Sie das System-Steuersoftware. </li><li> Legen Sie das Projektil in das Kanonenrohr. Bewegen der Anschlagmechanismus nahe dem Lauf Ausgang, um das Projektil richtig erfasst werden, nachdem eine Prüfung (Abbildung 6). </li><li> Öffnen Sie den Druck Gebäude Luftleitung, die zu dem Luftbehälter. Den Druck im Tank zwischen 30 psi und 70 psi, abhängig von der gewünschten Projektilgeschwindigkeit. 30 psi Tankdruck gibt einen Projektilgeschwindigkeit von etwa 5m / sec, und 70 psi ergibt eine Geschwindigkeit von rund 25 m / sec. </li><li> Bereiten Sie den Druckgasspeicher für geschlossene Testflüssigkeit unter Druck. <ol><li> Gießen Sie 3 kg der Testflüssigkeit in den Flüssigkeitsöffnung des Speichers. Die Leitungen von dem Gasventil in die Flüssigkeitsstrahl Sprühdüse, und setzen Sie die Speicherdruck bis zu 300 psig. </li></ol></li><li> Befestigen Sie die Kamera an den Scherenheber. Sichern Sie den Scherenheber an der Plattform positioniert neben dem Jet-Sprühdüse. </li><li> Sichern die hochintensive Lichtquelle, um die Plattform gegenüber der Kamera und hinter der Diffusionsschicht angeordnet ist. Überprüfen Sie Beleuchtung und Kamerapositionierung mit Hilfe der Videokamera Betrachtungsfunktion der Software-Steuerschnittstelle, und stellen Sie die Positionierung nach Bedarf (Abbildung 7). </li><li> Setzen Sie auf Ohrenschützer zum Schutz vor der Luftkanone Sound Explosion. </li><li> Entsperren Sie die Kanone Bedienfeld, und drücken Sie die Warntaste auf dem Bedienfeld mehrmals, um zu signalisierender Beginn eines Experiments. </li><li> Drücken Sie die Taste auf dem Bedienfeld, die das Magnetventil Anschluss der Druckluftbehälter mit dem Luftkanonenrohr öffnet. </li><li> Nachdem das Gerät ist gefallen und das Projektil eingefangen, Reinigen Sie das Gerät von einem mit Reinigungsflüssigkeit und einem Schwamm, um restliche Testflüssigkeit zu entfernen abwischen. Zum Schluß wird der Prallfläche des Projektils. </li></ol></li><li> Messen Geschwindigkeit des Projektils im aufgenommenen Hochgeschwindigkeits-Video durch Messen der Zeitdauer für das Projektil, um eine feste (10 cm) Entfernung zurück erforderlich. Analyse von Daten, wie in Schritt 1.5. </li></ol>

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	<li>Cotter, J., 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=Top+of+Rail+Friction+Control:+Reductions+in+Fuel+and+Greenhouse+Gas+Emissions.">Top of Rail Friction Control: Reductions in Fuel and Greenhouse Gas Emissions.</a> Proc. Of the 2005 Conference of the International Heavy Haul Association (Rio de Janeiro). , 327-334 (2005).</li><li>Eadie, D. T., Bovey, E., Kalousek, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+friction+control+in+effective+management+of+the+wheel/rail+interface).">The role of friction control in effective management of the wheel/rail interface).</a> Railway Technical Conference. , (2002).</li><li>Stock, R., Eadie, D. T., Elvidge, D., Oldknow, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influencing+rolling+contact+fatigue+through+top+of+rail+friction+modifier+application&#8211;A+full+scale+wheel&#8211;rail+test+rig+study.">Influencing rolling contact fatigue through top of rail friction modifier application&#8211;A full scale wheel&#8211;rail test rig study.</a> Wear. 271 (1), 134-142 (2011).</li><li>Eadie, D. 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V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+fluid+elasticity+on+drops+impacting+on+dry+surfaces.">Influence of fluid elasticity on drops impacting on dry surfaces.</a> Journal of Rheology. 44 (4), 973-996 (2000).</li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Die für die Luftkanone Set-up verwendet Geschoss besteht aus einem leichten, Holzsockel zusammen. Obwohl das Holzmaterial Späne leicht nach zahlreichen Versuchen hat sich herausgestellt, um kinetische Energie wirksam zu absorbieren, als Projektile von Materialien wie Kunststoff oder Metall, die beim Auftreffen auf die Stoppmechanismus bruch neigen zusammensetzt. Die Abmessungen des Holz Geschosses sollen den Stahllauf Innenraum eng übereinstimmen, wodurch die Beschränkung Luftleckage. Eine 1/8 &quot;dicke Kautschukf...

Diese Forschung zielt darauf ab, Strategien für die Anwendung LFM (Liquid Friction Modifier) ​​in Flüssigkeitsstrahl-Form auf eine sich bewegende Oberfläche, während die Erreichung hoher Grad der Auftragswirkungsgrad und gleichmäßige Abscheidung Ergebnisse zu bestimmen. Die Verwirklichung dieses Ziels beinhaltet die Entwicklung eines umfassenden Verständnis der Faktoren, die Flüssigkeitsstrahl Auftreffen auf bewegten Oberflächen beeinflussen. Das Projekt wird von der Notwendigkeit, die Effizienz der Schmierung Anwendungstechniken im Eisenbahnsektor verwendet verbessern motiviert. Als Mittel zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und des Bewegungswartungskosten, einen dünnen Film aus die Reibung modifizierenden Mittel wird nun auf der oberen Schienenfläche der herkömmlichen Eisenbahnschienen eingesetzt. Jüngste Studien haben gezeigt, dass die Anwendung einer Art von Wasserbasis LFM für Schienenoberkante (TOR) Friktion reduziert Energieverbrauch um 6% und Schiene und Spurkranz tragen von mehr als 50% 1,2. Andere Studien haben gezeigt, dass die Anwendung LFM auf Schienen reduzierens Querkraft und Geräuschentwicklung als auch, was noch wichtiger ist, zu verfolgen und Wellenschäden durch Rollkontaktermüdung, die eine der Hauptursachen von Entgleisungen 3,4 ist. Diese Ergebnisse wurden im Feldversuch an der Tokioter U-Bahn 5 bestätigt. LFMs werden derzeit von Luftstoß Zerstäuber, um Dutzende von Lokomotiven in Kanada und den Vereinigten Staaten angebracht verzichtet. Bei dieser Form der Anwendung wird LFM an die Spitze der Eisenbahnschienen durch Düsen unterhalb bewegten Schienenfahrzeugen montiert angewendet. Diese Art der LFM Anwendung ist schwierig, auf vielen Eisenbahnlokomotiven zu implementieren, weil die erforderliche hochvolumigen und Hochdruck-Luftzufuhrniveaus nicht erreicht werden können. Luftstoßdüsen sind vermutlich auch sehr unregelmäßig Schienenabdeckung zu erzeugen, wenn bei Seitenwind betrieben wird, wie Seitenwind verursachen feinen Sprühtröpfchen von ihrer ursprünglichen Flugbahn abweichen. Seitenwind sind auch bekannt, in Düsen Fouling gebracht werden, dürfte für den gleichenGrund. Aufgrund von Problemen mit Luftstoß Zerstäuber verbunden ist, wird die Eisenbahnsektor derzeit nach Alternativen zu LFM Anwendung auf Eisenbahnschienen. Eine praktikable Lösung beinhaltet Abgabe LFM mittels einer kontinuierlichen (nicht-atomisierte) Flüssigkeitsstrahl, wie Flüssigkeitsstrahlen sind weniger anfällig für Seitenwind Wirkungen aufgrund ihrer geringeren Drag-to-Trägheitsverhältnis. Darüber hinaus, weil die hohen Luftdruck und Lautstärke, die über Sprühdüsen benötigt werden nicht in Flüssigkeit im Sprühstrahl Technologien erforderlich, letztere dienen als schlanker und robuster Spritzen Mechanismen, die eine wirksame Kontrolle über die Geschwindigkeit der LFM-Anwendung zu erhalten. Eine Fläche von ähnlichen Physik, Tropfenschlag, ist intensiv untersucht. Es wurde von mehreren Forschern festgestellt, dass zur Tropfenaufprall auf einem sich bewegenden trockenen glatten Oberfläche spritzt Verhalten ist abhängig von vielen Parametern, einschließlich Viskosität, Dichte, Oberflächenspannung und der Normalkomponente der Aufprallgeschwindigkeit 14,15. Vogel <em&gt; et al., dass sowohl die normalen und tangentialen Geschwindigkeiten waren von kritischer Wichtigkeit 16. Bereich et al. Und Crooks et al. Haben gezeigt, dass für die Tropfenschlag auf einem stationären trockene Oberfläche, verringert sich die Oberflächenrauhigkeit der Splash-Schwelle deutlich (dh, es macht die Tröpfchen anfälliger für spritzwasser) 17,18. Trotz seiner praktischen Bedeutung hat Strahlaufprall auf bewegten Oberflächen wenig Aufmerksamkeit in der wissenschaftlichen Literatur erhielt. Chiu-Webster und Lister führte eine umfangreiche Reihe von Experimenten, die stationären und instationären viskose Strahlaufprall auf eine sich bewegende Oberfläche untersucht, und die Autoren ein Modell entwickelt, für den stetigen Fall 6. Hlod et al. Modelliert die Strömung mittels einer dritter Ordnung ODE in einer Domäne unbekannter Länge unter einer zusätzlichen integralen Zustand verglichen vorhergesagten Konfigurationen mit experimentellen Ergebnissen 7. Jedoch, untersuchten die Reynoldszahlenin beiden Studien sind viel niedriger als die mit typischen Eisen LFM Anwendungen verbunden. Gradeck et al. Numerisch und experimentell untersucht das Strömungsfeld Wasserstrahlaufprall auf ein sich bewegendes Substrat unter verschiedenen Strahlgeschwindigkeit, Oberflächengeschwindigkeit und Bedingungen Düsendurchmesser 8. Fujimoto et al. Zusätzlich suchten Strömungseigenschaften eines kreisförmigen Wasserstrahl auftrifft, auf ein sich bewegendes Substrat mit einem dünnen Wasserfilm 9 bedeckt. Jedoch verwendet diese beiden Projekte relativ großen Düsendurchmesser und einer unteren Fläche und Strahlgeschwindigkeiten gegenüber den in der vorliegenden Arbeit eingesetzt. Darüber hinaus, obwohl früheren experimentellen, numerische und analytische Studien bieten eine große Menge an Daten, die meisten haben sich auf Wärmeübertragungsparameter nicht auf Flüssigkeitsstrom Prozessen wie Jet Spritzwasser Verhalten konzentriert. Der in der vorliegenden Forschung vorgesehen experimentelle Methode trägt so zur Flüssigkeitsstrahl Anwendungstechnologien durch WiederSchönung solche Techniken unter Bedingungen mit geringer Strahldüsendurchmesser und Hochgeschwindigkeitsstrahl und Oberflächengeschwindigkeiten. Das vorliegende Verfahren verfeinert auch das Wissen über die Grundprobleme der Strömungsmechanik mit beweglichen Kontaktlinien verbunden. Die oben erwähnten Studien haben allgemein die Wechselwirkung eines Niedrigdrehzahldüse involviert mit einer niedrigen Geschwindigkeit bewegenden Oberfläche. Es gibt relativ wenige Studien laminarer Hochgeschwindigkeitsstrahlaufprall auf High-Speed-bewegenden Oberflächen. Während des Hochgeschwindigkeitsflüssigkeitsstrahl Impaktion der Strahlflüssigkeit radial ausbreitet in der Nähe der Auftreffstelle, Bilden einer dünnen Lamelle. Diese Lamelle wird dann stromabwärts von der sich bewegenden Oberfläche der viskose Zwingen auferlegt, wodurch eine charakteristische U-förmigen Lamellen Konvektion. Keshavarz et al. Haben sich auf Experimente mit der Newtonschen und elastische Flüssigkeitsstrahlen Auftreffen auf High-Speed-Flächen ausgewiesen. Sie klassifiziert Auftreffen Prozesse in zwei verschiedene Arten: &quot;Ablagerung &amp;# 8221; und &quot;Splash&quot; 10. Zur Prall als Abscheidungs ​​klassifiziert werden, muss der Flüssigkeitsstrahl auf der Oberfläche haften, wobei Spritzer durch eine Flüssigkeitslamelle, die von der Oberfläche trennt, und anschließend in Tröpfchen aufbricht, dadurch gekennzeichnet. Eine dritte Prall Regime wurde beschrieben - &quot;Splatter&quot;. Bei dieser vergleichsweise selten, Regime die Lamelle bleibt an der Oberfläche angebracht, wie für &quot;deposition&quot;, aber feine Tröpfchen von nahe der Vorderkante der Lamelle ausgeworfen. In einer Folgestudie von nicht-Newtonsches Fluid Effekte Keshavarz et al. Festgestellt, dass der Splash / Ablagerung Schwelle wird hauptsächlich durch die Reynolds und Deborah Zahlen bestimmt, während die Strahlaufprallwinkel und Strahlgeschwindigkeit der Oberflächengeschwindigkeitsverhältnisse nur einen geringen Einfluss haben 11 . In Experimenten unter variablen Umgebungsluft Drücken durchgeführt, Moulson et al. Entdeckten, dass die Spritz / Ablagerung Schwelle Reynoldszahl drastischmit abnehmender Umgebungsluftdruck (dh, stellen höhere Umgebungsdrücken Jets anfälliger für Spritzen), bei gleichzeitiger Verringerung Umgebungsluftdruck unter einen bestimmten Schwellenwert unterdrückt Spritz komplett 12. Dieser Befund legt nahe, dass auf der Lamelle wirkenden aerodynamischen Kräfte spielen eine entscheidende Rolle bei der Entstehung von Lamellen Abheben und anschließende Spritzen. In den letzten Arbeiten an Hochgeschwindigkeits-Aufprall auf einem High-Speed-Substrat zeigten, dass Sterling für Substratgeschwindigkeit und Jet-Bedingungen in der Nähe der Spritz Schwelle kann Spritzwasser durch sehr kleine lokalisierte Oberflächenrauheit und Nebenstrahl Unruhe ausgelöst. Er zeigte auch, dass unter diesen Bedingungen Lamellen Abheben und Wiederbefestigung ist ein stochastischer Prozess 13. Die hier beschriebenen experimentellen Protokoll kann verwendet werden, um andere physikalische Situationen mit der Wechselwirkung einer Flüssigkeit mit einer hohen Geschwindigkeit bewegenden Oberfläche zu untersuchen. Beispielsweise könnte der gleiche Ansatz verwendet, um Hubschrauber blad studierenE-Wirbel-Wechselwirkung (vorausgesetzt, daß der Wirbel-Flüssigkeit wurde mit Markierungspartikeln gefärbt) und automatisierten Spritz von Oberflächen.

<table><tbody><tr><td colspan="4">Equipment for Air Cannon Set-Up</td></tr><tr><td>30-gallon air tank</td><td>Steel Fab</td><td>A10028</td><td></td></tr><tr><td>Solenoid actuated poppet valve</td><td>Parker Hannifin Corp.</td><td>#16F24C2164A3F4C80</td><td></td></tr><tr><td>1.5&quot; NPT rubber hose</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rectangular steel tubing</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stop mechanism</td><td>Customized</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stainless steel plates</td><td>Customized</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wooden projectile</td><td>Customized</td><td></td><td></td></tr><tr><td>1 kW high-intensity incandescent light</td><td>Photographic Analysis Ltd.</td><td>T986851</td><td></td></tr><tr><td>Light diffuser sheet</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Optic sensor</td><td>BANNER</td><td>SM312LV</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Equipment for Spinning Disc Set-Up</td></tr><tr><td>Motor</td><td>WEG</td><td>TEFC-W22</td><td></td></tr><tr><td>Bearings</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Disk</td><td>Customized</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fiber optic light source</td><td>Fiberoptics Technology Incorporated</td><td>MO150AC</td><td></td></tr><tr><td>High intensity LED array</td><td>Torshare Ltd.</td><td>TF10CA</td><td></td></tr><tr><td>Vacuum</td><td>Ridge Tool Company</td><td>WD09450</td><td></td></tr><tr><td>Interrupter</td><td>Customized</td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Shared Equipment for Both Devices</td></tr><tr><td>Phantom v611 high-speed cine camera</td><td>Vision Research Inc.</td><td>V611</td><td></td></tr><tr><td>Phantom v12 high-speed cine camera</td><td>Vision Research Inc.</td><td>V12</td><td></td></tr><tr><td>Zoom 7000 lens</td><td>Navitar Inc.</td><td>Zoom 7000</td><td></td></tr><tr><td>Zoom 6000 lens</td><td>Navitar Inc.</td><td>Zoom 6000</td><td></td></tr><tr><td>Compressed nitrogen tank</td><td>Praxair Technology, Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pressure regulator</td><td>Praxair Technology, Inc.</td><td>PRS20124351CGA</td><td></td></tr><tr><td>Hose for compressed nitrogen</td><td>Swagelok Company</td><td>SS-CT8SL8SL8-12</td><td></td></tr><tr><td>Hose for liquid</td><td>Swagelok Company</td><td>SS-7R8TA8TA8</td><td></td></tr><tr><td>Accumulator</td><td>Accumulators, Inc.</td><td>A131003XS</td><td></td></tr><tr><td>Solenoid Valve</td><td>Solenoid Solutions Inc.</td><td>2223X-A440-00</td><td></td></tr><tr><td>Pressure transducer</td><td>WIKA Instruments Ltd</td><td>#50398083</td><td></td></tr><tr><td>Nozzle assembly</td><td>Customized</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Glycerin</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Poly(ethylene oxide)</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

visualization of high speed liquid jet impaction on a moving surface

Zwei Vorrichtungen zur Prüfung von flüssigem Strahlbeaufschlagungsplatte auf einem Hochgeschwindigkeits-Bewegungsfläche beschrieben: eine Luftkanonenvorrichtung (für die Prüfung Gleitgeschwindigkeiten zwischen 0 und 25 m / sec) und einer Spinnplattenvorrichtung (für die Prüfung Oberflächengeschwindigkeiten zwischen 15 und 100 m / sec). Die Luftkanone Linearbewegung ist ein pneumatischer Energie betriebene System, das ausgelegt ist, um eine Metallschiene Oberfläche auf einem Holz Projektils montiert beschleunigen. Druckbeaufschlagtes Zylinder mit einem Magnetventil ausgestattet schnell frei von Druckluft in den Zylinder und zwingt das Projektil auf der Kanonenrohr. Das Geschoß bewegt unter einer Sprühdüse, die einen Flüssigkeitsstrahl auf seinem oberen Metalloberfläche auftrifft, und das Projektil trifft dann auf einen Stoppmechanismus. Eine Kamera zeichnet die Strahlbeaufschlagungsplatte, und ein Druckwandler erfasst die Sprühdüse Gegendruck. Die sich drehende Scheibe Set-up besteht aus einer Stahlplatte, die Geschwindigkeiten von 500 bis 3000 Umdrehungen pro Minute über einen Frequenzumrichter (VFD) Motor erreicht. Ein Sprühsystem similar derjenigen der Luftkanone erzeugt einen Flüssigkeitsstrahl, der auf die sich drehende Scheibe auftrifft und Kameras an mehreren optischen Zugangspunkte gelegt aufzuzeichnen Strahlbeaufschlagungsplatte. Videoaufnahmen von Strahlaufprallverfahren werden aufgezeichnet und untersucht, um festzustellen, ob das Ergebnis der Aufprall ist Splash, Splatter, oder Ablagerung. Die Geräte sind die ersten, die die Hochgeschwindigkeits Auftreffen des Nieder Reynolds-Zahl Flüssigkeitsstrahlen mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Oberflächen beinhalten. Zusätzlich zu ihrer Bahnindustrie Anwendungen kann die beschriebene Technik für technische und industrielle Zwecke, wie etwa Stahl verwendet werden und können relevante Hochgeschwindigkeits-3D-Drucken.

<html> Wie in der Einleitung erwähnt, die drei wichtigsten Verhaltensweisen mit flüssigen Strahlaufprall verbunden sind Abscheidung, Splatter und Spritzwasser. Diese Strahlaufprallverhalten werden mit Hilfe von Hochgeschwindigkeitsfilmkameras mit verschiedenen optischen Punkten positioniert zeichneten Videodaten beobachtet. Beispiele von Einzelbildern aus den Videoaufnahmen, die die drei Flüssigkeitsstrahl Ergebnisse zeigen erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 3 gezeigten Abbildung 3A z...

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Visualization of High Speed Liquid Jet Impaction on a Moving Surface

Two experimental devices for examining liquid jet impingement on a high-speed moving surface are described: an air cannon device and a spinning disk device. The apparatuses are used to determine optimal approaches to the application of liquid friction modifier (LFM) onto rail tracks for top-of-rail friction control.

Visualisierung von High-Speed-Flüssigkeitsstrahl-Impaction auf einer sich bewegenden Oberfläche

Two apparatuses for examining liquid jet impingement on a high-speed moving surface are described: an air cannon device (for examining surface speeds ...

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Universidad de Cartagena UDEC

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Unit 1

Planar Kinematics of a Rigid Body

Motion in Two or Three Dimensions

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11.4K Aufrufe.  University of British Columbia. Two experimental devices for examining liquid jet impingement on a high-speed moving surface are described: an air cannon device and a spinning disk device. The apparatuses are used to determine optimal approaches to the application of liquid friction modifier (LFM) onto rail tracks for top-of-rail friction control.

Serie: Visualization of High Speed Liquid Jet Impaction on a Moving Surface

High-speed Particle Image Velocimetry Near Surfaces

Multi-dimensional and transient flows play a key role in many areas of science, engineering, and health sciences but are often not well understood. The complex nature of these flows may be studied using particle image velocimetry (PIV), a laser-based imaging technique for optically accessible flows. Though many forms of PIV exist that extend the technique beyond the original planar two-component velocity measurement capabilities, the basic PIV system consists of a light source (laser), a camera, tracer particles, and analysis algorithms. The imaging and recording parameters, the light source, and the algorithms are adjusted to optimize the recording for the flow of interest and obtain valid velocity data. 
Common PIV investigations measure two-component velocities in a plane at a few frames per second. However, recent developments in instrumentation have facilitated high-frame rate (&gt; 1 kHz) measurements capable of resolving transient flows with high temporal resolution. Therefore, high-frame rate measurements have enabled investigations on the evolution of the structure and dynamics of highly transient flows. These investigations play a critical role in understanding the fundamental physics of complex flows.
A detailed description for performing high-resolution, high-speed planar PIV to study a transient flow near the surface of a flat plate is presented here. Details for adjusting the parameter constraints such as image and recording properties, the laser sheet properties, and processing algorithms to adapt PIV for any flow of interest are included.

A procedure for studying transient flows near boundaries using high-resolution, high-speed particle image velocimetry (PIV) is described here. PIV is a non-intrusive measurement technique applicable to any optically accessible flow by optimizing several parameter constraints such as the image and recording properties, the laser sheet properties, and analysis algorithms.

High-Speed-Particle Image Velocimetry Nahe Surfaces

Multi-dimensional and transient flows play a key role in many areas of science, engineering, and health sciences but are often not well understood. The ...

Forschung

Ingenieurwesen

Fast Imaging Technique to Study Drop Impact Dynamics of Non-Newtonian Fluids

In the field of fluid mechanics, many dynamical processes not only occur over a very short time interval but also require high spatial resolution for detailed observation, scenarios that make it challenging to observe with conventional imaging systems. One of these is the drop impact of liquids, which usually happens within one tenth of millisecond. To tackle this challenge, a fast imaging technique is introduced that combines a high-speed camera (capable of up to one million frames per second) with a macro lens with long working distance to bring the spatial resolution of the image down to 10 &#181;m/pixel. The imaging technique enables precise measurement of relevant fluid dynamic quantities, such as the flow field, the spreading distance and the splashing speed, from analysis of the recorded video. To demonstrate the capabilities of this visualization system, the impact dynamics when droplets of non-Newtonian fluids impinge on a flat hard surface are characterized. Two situations are considered: for oxidized liquid metal droplets we focus on the spreading behavior, and for densely packed suspensions we determine the onset of splashing. More generally, the combination of high temporal and spatial imaging resolution introduced here offers advantages for studying fast dynamics across a wide range of microscale phenomena.

Drop impact of non-Newtonian fluids is a complex process since different physical parameters influence the dynamics over a very short time (less than one tenth of a millisecond). A fast imaging technique is introduced in order to characterize the impact behaviors of different non-Newtonian fluids.

Schnelle Bildtechnik Tropfen Schlag Dynamik der Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten Studieren

In the field of fluid mechanics, many dynamical processes not only occur over a very short time interval but also require high spatial resolution for ...

Three-dimensional Particle Tracking Velocimetry for Turbulence Applications: Case of a Jet Flow

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic recording of image sequences. The basic components, features, constraints and optimization tips of a 3D-PTV topology consisting of a high-speed camera with a four-view splitter are described and discussed in this article. The technique is applied to the intermediate flow field (5 &#60;x/d &#60;25) of a circular jet at Re &#8776; 7,000. Lagrangian flow features and turbulence quantities in an Eulerian frame are estimated around ten diameters downstream of the jet origin and at various radial distances from the jet core. Lagrangian properties include trajectory, velocity and acceleration of selected particles as well as curvature of the flow path, which are obtained from the Frenet-Serret equation. Estimation of the 3D velocity and turbulence fields around the jet core axis at a cross-plane located at ten diameters downstream of the jet is compared with literature, and the power spectrum of the large-scale streamwise velocity motions is obtained at various radial distances from the jet core.

A three-dimensional particle tracking velocimetry (3D-PTV) system based on a high-speed camera with a four-view splitter is described here. The technique is applied to a jet flow from a circular pipe in the vicinity of ten diameters downstream at Reynolds number Re &#8776; 7,000.

Dreidimensionale Particle Tracking Velocimetry für Turbulence Anwendungen: Fall eines Jet Fluss

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic ...

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

Two different experimental methods for determining the threshold of particle motion as a function of geometrical properties of the bed from laminar to turbulent flow conditions are presented. For that purpose, the incipient motion of a single bead is studied on regular substrates that consist of a monolayer of fixed spheres of uniform size that are regularly arranged in triangular and quadratic symmetries. The threshold is characterized by the critical Shields number. The criterion for the onset of motion is defined as the displacement from the original equilibrium position to the neighboring one. The displacement and the mode of motion are identified with an imaging system. The laminar flow is induced using a rotational rheometer with a parallel disk configuration. The shear Reynolds number remains below 1. The turbulent flow is induced in a low-speed wind tunnel with open jet test section. The air velocity is regulated with a frequency converter on the blower fan. The velocity profile is measured with a hot wire probe connected to a hot film anemometer. The shear Reynolds number ranges between 40 and 150. The logarithmic velocity law and the modified wall law presented by Rotta are used to infer the shear velocity from the experimental data. The latter is of special interest when the mobile bead is partially exposed to the turbulent flow in the so-called hydraulically transitional flow regime. The shear stress is estimated at onset of motion. Some illustrative results showing the strong impact of the angle of repose, and the exposure of the bead to shear flow are represented in both regimes.

Two different methods for characterizing the incipient particle motion of a single bead as a function of the sediment bed geometry from laminar to turbulent flow are presented.

Visuell basierte Charakterisierung der beginnenden Partikelbewegung in regelmäßigen Substraten: vom laminaren zum turbulenten Bedingungen

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

Film Control to Study Contributions of Waves to Droplet Impact Dynamics on Thin Flowing Liquid Films

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous studies on flowing liquid films have neglected the contributions of spatial structures of waves to the impact outcome, while this has recently been shown to have a significant influence on the drop impact dynamics. In this report, we outline a step-by-step procedure to investigate the effect of periodic inlet forcing of a flowing liquid film leading to the production of spatiotemporally regular wave structures on drop impact dynamics. A function generator in connection with a solenoid valve is used to excite these spatiotemporally regular wave structures on the film surface while the impact dynamics of uniform-sized droplets are captured using a high-speed camera. Three distinct regions are then studied; viz. the capillary wave region preceding the large wave peak, the flat film region, and the wave hump region. The effects of important dimensionless quantities such as film Reynolds, drop Weber and Ohnesorge numbers parameterized by the film flow rate, drop speed, and drop size are also examined. Our results show interesting, hitherto undiscovered dynamics brought about by this application of film inlet forcing of the flowing film for both low and high inertia drops.

A protocol to study the contributions of waves to droplet impact dynamics on flowing liquid films is presented.

Film-Kontrolle, Beiträge der Wellen zu Tröpfchen Auswirkungen Dynamik auf dünnen fließt Flüssigkeitsfilme zu studieren

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous ...

Impacts of Free-falling Spheres on a Deep Liquid Pool with Altered Fluid and Impactor Surface Conditions

Vertical impacts of spheres on clean water have been the subject of numerous water entry investigations characterizing cavity formation, splash crown ascension and Worthington jet stability. Here, we establish experimental protocols for examining splash dynamics when smooth free-falling spheres of varying wettability, mass, and diameter impact the free surface of a deep liquid pool modified by thin penetrable fabrics and liquid surfactants. Water entry investigations provide accessible, easily assembled and executed experiments for studying complex fluid mechanics. We present herein a tunable protocol for characterizing splash height, flow separation metrics, and impactor kinematics, and representative results which might be acquired if reproducing our approach. The methods are applicable when characteristic splash dimensions remain below approximately 0.5 m. However, this protocol may be adapted for greater impactor release heights and impact velocities, which augurs well for translating results to naval and industry applications.

This protocol demonstrates the basic experimental configuration for water entry experiments with free-falling spheres. Methods for the alteration of liquid surface with penetrable fabrics, the preparation of chemically non-wetting spheres, and steps for splash visualization and data extraction are discussed.

Auswirkungen der frei fallende Kugeln auf ein tief flüssigen Pool mit veränderten Flüssigkeit und Impaktor Oberflächenbedingungen

Vertical impacts of spheres on clean water have been the subject of numerous water entry investigations characterizing cavity formation, splash crown ...

High Throughput Analysis of Liquid Droplet Impacts

Experimental studies of liquid drop impacts on surfaces are often restricted in their scope due to the large range of possible experimental parameters such as material properties, impact conditions, and experimental configurations. Compounding this, drop impacts are often studied using data-rich high-speed photography, so that it is difficult to analyze many experiments in a detailed and timely manner. The purpose of this method is to enable efficient study of droplet impacts with high-speed photography by using a systematic approach. Equipment is aligned and calibrated to produce videos that can be accurately processed by a custom image processing code. Moreover, the file structure setup and workflow described here ensure efficiency and clear organization of data processing, which is carried out while the researcher is still in the lab. The image processing method extracts the digitized outline of the impacting droplet in each frame of the video, and processed data are stored for further analysis as required. The protocol assumes that a droplet is released vertically under gravity, and impact is recorded by a camera viewing from side-on with the drop illuminated using shadowgraphy. Many similar experiments involving image analysis of high-speed events could be addressed with minor adjustment to the protocol and equipment used.

This protocol enables efficient collection of experimental high-speed images of liquid drop impacts, and speedy analysis of those data in batches. To streamline these processes, the method describes how to calibrate and set up apparatus, generate an appropriate data structure, and deploy an image analysis script.

Hochdurchsatzanalyse von Flüssigkeitstropfeneinschlägen

Experimental studies of liquid drop impacts on surfaces are often restricted in their scope due to the large range of possible experimental parameters ...

A Microfluidic System with Surface Patterning for Investigating Cavitation Bubble(s)&#8211;Cell Interaction and the Resultant Bioeffects at the Single-cell Level

In this manuscript, we first describe the fabrication protocol of a microfluidic chip, with gold dots and fibronectin-coated regions on the same glass substrate, that precisely controls the generation of tandem bubbles and individual cells patterned nearby with well-defined locations and shapes. We then demonstrate the generation of tandem bubbles by using two pulsed lasers illuminating a pair of gold dots with a few-microsecond time delay. We visualize the bubble-bubble interaction and jet formation by high-speed imaging and characterize the resultant flow field using particle image velocimetry (PIV). Finally, we present some applications of this technique for single cell analysis, including cell membrane poration with macromolecule uptake, localized membrane deformation determined by the displacements of attached integrin-binding beads, and intracellular calcium response from ratiometric imaging. Our results show that a fast and directional jetting flow is produced by the tandem bubble interaction, which can impose a highly localized shear stress on the surface of a cell grown in close proximity. Furthermore, different bioeffects can be induced by altering the strength of the jetting flow by adjusting the standoff distance from the cell to the tandem bubbles.

A microfluidic chip was fabricated to produce pairs of gold dots for tandem bubble generation and fibronectin-coated islands for single-cell patterning nearby. The resultant flow field was characterized by particle image velocimetry and was employed to study various bioeffects, including cell membrane poration, membrane deformation, and intracellular calcium response.

Einem mikrofluidischen System mit Oberflächenstrukturierung zur Untersuchung Kavitationsblase (e) -Cell Interaktion und die Resultierende Bioeffects auf der Ebene einzelner Zellen

In this manuscript, we first describe the fabrication protocol of a microfluidic chip, with gold dots and fibronectin-coated regions on the same glass ...

Biotechnik

Visualization of Flow Past a Bluff Body

Source: Ricardo Mejia-Alvarez, Hussam Hikmat Jabbar and Mahmoud N. Abdullatif, Department of Mechanical Engineering, Michigan State University, East Lansing, MI
Owing to the non-linear nature of its governing laws, fluid motion induces complicated flow patterns. Understanding the nature of these patterns has been the subject of intense scrutiny for centuries. Although personal computers and supercomputers are extensively used to deduce fluid flow patterns, their capabilities are still insufficient to determine the exact flow behavior for complex geometries or highly inertial flows (e.g. when momentum dominates over viscous resistance). With this in mind, a multitude of experimental techniques to make flow patterns evident have been developed that can reach flow regimes and geometries inaccessible to theoretical and computational tools.
This demonstration will investigate fluid flow around a bluff body. A bluff body is an object that, due to its shape, causes separated flow over most of its surface. This is in contrast to a streamlined body, like an airfoil, which is aligned in the stream and causes less flow separation. The purpose of this study is to use hydrogen bubbles as a method of visualizing flow patterns. The hydrogen bubbles are produced via electrolysis using a DC power source by submerging its electrodes in the water. Hydrogen bubbles are formed in the negative electrode, which needs to be a very fine wire to ensure that the bubbles remain small and track fluid motion more effectively. This method is suitable for steady and unsteady laminar flows, and is based on the basic flow lines that describe the nature of the flow around objects. [1-3]
This paper focuses on describing the implementation of the technique, including details about the equipment and its installation. Then, the technique is used to demonstrate the use of two of the basics flow lines to characterize the flow around a circular cylinder. These flow lines are used to estimate some important flow parameters like flow velocity and the Reynolds number, and to determine flow patterns.

Flow Around a Bluff Body, Bubbles and Von Karman Vortex Street

Visualisierung der Strömungen um einen Körper

Source: Ricardo Mejia-Alvarez, Hussam Hikmat Jabbar and Mahmoud N. Abdullatif, Department of Mechanical Engineering, Michigan State University, East ...

Lehre

JoVE Science Education

Maschinenbau

Jet Impinging on an Inclined Plate

Source: Ricardo Mejia-Alvarez and Hussam Hikmat Jabbar, Department of Mechanical Engineering, Michigan State University, East Lansing, MI
The goal of this experiment is to demonstrate how a fluid flow exerts forces on structures by conversion of dynamic pressure into static pressure. To this end, we will make a plane jet impinge on a flat plate and will measure the resulting pressure distribution along the plate. The resultant force will be estimated by integrating the product between the pressure distribution and appropriately defined area differentials along the surface of the plate. This experiment will be repeated for two angles of inclination of the plate with respect to the direction of the jet and two flow rates. Each configuration produces a different pressure distribution along the plate, which is the result of different levels of conversion of dynamic pressure into static pressure at the plate's surface.
For this experiment, pressure will be measured with a diaphragm pressure transducer connected to a scanning valve. The plate itself has small perforations called pressure taps that connect to the scanning valve through hoses. The scanning valve sends the pressure from these taps to the pressure transducer one at a time. The pressure induces mechanical deflection on the diaphragm that the pressure transducer converts into voltage. This voltage is proportional to the pressure difference between the two sides of the diaphragm.

Jet Impinging and Conversion of Dynamic Pressure into Static Pressure

Auftreffen auf einer geneigten Platte Jet

Source: Ricardo Mejia-Alvarez and Hussam Hikmat Jabbar, Department of Mechanical Engineering, Michigan State University, East Lansing, MI
The goal of this ...