Ontwikkeling van een experimentele opstelling voor het meten van de Coëfficiënt van Restitutie onder vacuüm

Poeders en granulaten zijn overal om ons heen. Een leven zonder hen is het onmogelijk in de moderne samenleving. Ze verschijnen in eten en drinken als granen of zelfs bloem, suiker, koffie en cacao. Ze zijn nodig voor de dagelijkse gebruikte objecten zoals de toner voor laser printer. Ook de plastic-industrie is niet denkbaar zonder hen, omdat plastic wordt vervoerd in korrelvorm voordat het wordt gesmolten en krijgt een nieuwe vorm. Na Ennis et al. ¹ ten minste 40% van de waarde van de index van de consumptieprijzen van de Verenigde Staten van Amerika toegevoegd door de chemische industrie (landbouw, voeding, geneesmiddelen, mineralen, munitie) is verbonden met deeltje technologie. Nedderman ² zelfs dat ongeveer 50% (gewicht) van de producten en ten minste 75% van de grondstoffen van vaste stoffen in de chemische industrie. Hij verklaarde ook dat er ontstaan ​​veel problemen met betrekking tot de opslag en het transport van korrelige materialen. Eén daarvan is dat tijdens het transport en handling vele botsingen plaatsvinden. Te analyseren, te beschrijven en het gedrag van een fijn systeem te voorspellen, kan Discrete Element Method (DEM) simulaties worden uitgevoerd. Voor deze simulaties kennis van de botsing gedrag van het deeltjessysteem noodzakelijk. De parameter die dit gedrag beschrijft in DEM simulaties is de coëfficiënt van restitutie (COR), die moet worden vastgesteld in experimenten heeft.

De COR is een getal dat het verlies van kinetische energie kenmerkend tijdens de botsing als door Seifried et al. ^3. Ze legde uit dat dit wordt veroorzaakt door plastische vervormingen, golfvoortplanting en visco-elastische verschijnselen. Thornton en Ning ⁴ vermeldde ook dat wat energie kan worden afgevoerd door het werk als gevolg van adhesie-interface. De COR afhankelijk botssnelheid, materiaalgedrag, deeltjesgrootte, vorm, ruwheid, vochtgehalte, hechtingseigenschappen en temperatuur zoals in Antonyuk et al. ^5. Voor een completely elastische effect alle geabsorbeerde energie wordt teruggegeven na de botsing zodat de relatieve snelheid tussen de contactpersonen gelijk voor en na de impact. Dit leidt tot een COR e = 1. In een perfect plastic effect de initiële kinetische energie wordt geabsorbeerd en de contactpersonen elkaar plakken die leidt tot een COR e = 0. Verder Güttler et al. ⁶ uitgelegd dat er twee soorten botsingen. Enerzijds is er de botsing tussen twee gebieden die ook bekend staat als het deeltje-deeltje contacten. Anderzijds is er de botsing tussen een bol en een plaat die ook deeltjes wandcontact genoemd. Met de gegevens voor de COR en ander materiaal eigenschappen zoals wrijvingscoëfficiënt, dichtheid, kan Poisson's ratio en afschuifmodulus DEM simulaties worden uitgevoerd om de post-botsingen snelheden en oriëntaties van de deeltjes, zoals uitgelegd door Bharadwaj et al. ⁷ te bepalen. zoals shown in Antonyuk et al. ^5, kan de COR worden berekend met de verhouding tussen de rebound snelheid te botssnelheid.

Derhalve een experimentele opstelling voor vrije val tests om het deeltje-wandcontact deeltjes met een diameter van 0,1 mm tot 4 mm onderzoeken werd geconstrueerd. Het voordeel van vrije val experimenten vergeleken met versnelde experimenten in Fu et al. ⁸ en Sommerfeld Huber ⁹ is een rotatie kan worden geëlimineerd. Derhalve kan de transfer van rotationele en translationele kinetische energie die de COR beïnvloedt worden vermeden. Asferische deeltjes moeten volgens Foerster et al. ¹⁰ of Lorenz et al worden gemerkt. ¹¹ rotatie rekening. Aangezien de COR is afhankelijk van de botssnelheid, botsingssnelheden in de experimenten met die in de echte transport en handling processen passen. In vrije val experimenten onder atmosferische druk, wordt de botssnelheid beperktde sleepkracht heeft een toenemende invloed van een afnemende deeltjesgrootte. Om dit bezwaar te ondervangen, de experimentele opstelling werken onder vacuüm. Een tweede uitdaging is slechts een deeltje teruggetrokken omdat dan is het mogelijk om alle eigenschappen die de COR vooraf beïnvloeden, bijvoorbeeld ruwheid en adhesie karakteriseren. Met deze kennis kan de COR worden bepaald volgens de eigenschappen van het deeltje. Hiervoor werd een nieuwe vrijgeefmechanisme ontwikkeld. Een ander probleem is de adhesieve krachten van poeders met een diameter lager dan 400 pm. Daarom is een droge omgevingstemperatuur omgeving noodzakelijk om hechting te overwinnen.

De experimentele opstelling bestaat uit verschillende delen. Een buitenkant van de bestaande experimentele opstelling is weergegeven in figuur 1. Ten eerste is er de vacuümkamer die is gemaakt van glas. Het bestaat uit een onderste deel (cilinder), een kap, een afdichtring en een huls om de verbindingdelen. Het onderste gedeelte heeft twee openingen voor een verbinding met de vacuümpomp en de vacuümmeter. De bovenklep heeft vier openingen. Twee daarvan zijn noodzakelijk voor de stokjes van de vrijgeefmechanisme hieronder beschreven en ook twee die kunnen worden gebruikt voor verdere verbetering van het experiment. Al deze openingen kunnen worden afgesloten met zegel ringen en schroefdoppen bij het werken onder vacuüm omstandigheden.

Bovendien werd een nieuw vrijgeefmechanisme ontwikkeld sinds het gebruik van een vacuüm mondstuk op vele andere experimenten gedocumenteerd in de literatuur (bijvoorbeeld Foerster et al. ^10, Lorenz et al. ^11, Fu et al. ¹² en Wong et al. ¹³⁾ is niet mogelijk in een vacuümomgeving. Het mechanisme wordt gerealiseerd door een cilindrische kamer met een conische boring die gebonden is aan een plaat. Deze is verbonden met een stok die past in een van de afdichtringen van de bovenklep van de vacuümkamer en garandeert de aanpassing van een variable aanvankelijke hoogte voor de vrije val experimenten. Een schaal is getekend op de stick voor het meten van de hoogte. Het sluiten van het deeltje kamer wordt uitgevoerd door een kegelvormige punt van een pipet die weer is aangesloten op een stok. De nieuwe vrijgeefmechanisme is te zien in figuur 2 en werkt zoals hier beschreven in de begintoestand de pipetpunt wordt geduwd, zodat de omtrek van de tip raakt de rand van de kamer het boorgat. De kamer wordt afgesloten met de pipetpunt zodanig dat er geen ruimte voor een deeltje om de kamer te verlaten door de opening. Om het deeltje loslaat, wordt de stick omhoog getrokken langzaam tegen het topje aangesloten. De diameter van de punt kleiner ontstaat een spleet tussen de omtrek en de rand van het boorgat waardoor de deeltjes de kamer kan verlaten. Hoewel men zou verwachten dat een rotatie van het deeltje met de release mechanisme nieuw ontwikkelde als het deeltje kon 'roll' out of the chamber, wordt een ander gedrag in de experimenten. Figuur 3 toont de invloed van een asferisch deeltjes van 50 beelden voor 50 frames na de impact in stappen van 25 frames. Van de vorm van het deeltje geen rotatie is toegankelijk voor het effect (1-3), terwijl daarna het uiteraard spins (4-5). Daarom is de beweerde niet-draaiende release plaats met deze release mechanisme.

Een ander onderdeel van de experimentele opstelling is de basisplaat. In feite zijn er drie verschillende soorten grondplaten uit verschillende materialen. Een van roestvrij staal, een aluminium tweede en een derde van polyvinylchloride (PVC). Deze grondplaten vertegenwoordigen vaak gebruikte materialen in de procestechniek bijvoorbeeld in reactoren en buizen.

Om de impact en de rebound snelheden te bepalen, is een high-speed camera met 10,000 fps en een resolutie van 528 x 396 pixels gebruikt. Deze configuratie wordt gekozen als er altijdeen foto in de buurt van de impact en ook de resolutie is nog steeds bevredigend. De camera is aangesloten op een scherm dat de video's van het moment laat zien wanneer ze worden opgenomen. Dit is noodzakelijk, omdat de hoge snelheid camera slechts een beperkte hoeveelheid beelden kan opslaan en overschrijft het begin van de video wanneer dit bedrag wordt overschreden. Verder wordt een sterke lichtbron voor de verlichting van het gezichtsveld van de high-speed camera nodig. Voor verlichtingsuniformiteit een vel technische tekening papier gelijmd aan de achterzijde van de vacuümkamer die het licht verspreidt.

Tenslotte wordt een tweetraps schottenpomp gebruikt om een ​​vacuüm van 0,1 mbar en een vacuümmeter meet de vacuüm constante milieuomstandigheden zekergesteld.

Voor de hier gepresenteerde werk glazen kralen met verschillende deeltjesdiameters (0,1-0,2, 0,2-0,3, 0,3-0,4, 0.700, 1.588, 2.381, 2.780, 3.680 en 4.000 mm) worden gebruikt. De kralen zijn gemaakt van soda limeglas en bolvormig met een vrij glad oppervlak.