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

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 משטחים^5,6 הם יישומים תעשייתיים המערבים את התחלתה של חלקיק.

בשל המגוון רחב של יישומים, תחילתה של חלקיק בהרחבה נחקרה יותר ממאה, בעיקר תחת תנאים הסוערים^{7,8,9,10,11, 12,13,14,15}. גישות ניסיוניות רבות הוחלו לקביעת הסף תחילתה של תנועה. הלימודים כוללים פרמטרים כגון החלקיק ריינולדס מספר^{13,16,17,18,19,20}, שירידות לזרימה יחסית ^{21 , 22 , 23 , 24} או גורמים גיאומטריות כמו הזווית של נחת^16,18,25, חשיפה זרימה^26,27,28,29, דגן יחסית תיתכן²⁹ או מדרון מיטה streamwise³⁰.

הנתונים העדכניים על הסף לרבות תנאים הסוערים בהרחבה פזורים^12,31 , התוצאות לעיתים קרובות נראים לא עקביים²⁴. זאת בעיקר בשל המורכבות הטבועה של שליטה או קביעת מפרמטרי הזרם תחת תנאים הסוערים^13,14. 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 זורם^{32,33,34,35,36,37, 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 מערבולות^42,47. 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 ניסיוני^36,44. 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, הרמת^39,41. 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, , המוגדר על ידי מרטינו. et al. ³⁷ כמו בו היא זווית השיפוע, קרי הזווית הקריטית-איזו תנועה מתרחשת⁵⁴, ו היא מידת החשיפה, מוגדר כיחס בין האזור חתך הרוחב חשוף ביעילות זרימת אל אזור חתך הרוחב הכולל של החרוז ניידים.