視覚に基づいた正規の基板の初期粒子の運動特性: 層流乱流の条件から

初期パーティクル モーションは、幅広い産業と自然のプロセスで発生します。環境などが堆積物の初期プロセス^1,2,3川と海、底面の侵食または他の中の砂丘形成の輸送。空気⁴を輸送、汚染物質の除去や洗浄表面^5,6の粒子運動の発症を含む典型的な産業用途のもの。

粒子運動の発症がアプリケーションの広範囲に、ほとんどの乱流の条件^{7,8,9,10、11、下、世紀以上にわたって広く研究されています 12,13,14,15}。多くの実験的アプローチは、運動の発症のための閾値を決定するために適用されています。研究には粒子レイノルズ数^{13,16,17,18,19、20}、相対流れ冠水などのパラメーターが含まれます^21,22,23,24または幾何学的要因の角度として休息^16,18,25,^{27,26,2928、}フローへの露出相対粒突起²⁹または縦ベッド斜面³⁰。

乱流の条件を含むしきい値の現在のデータが^12,31広く点在してあり、結果、多く一貫性のない²⁴。これは主に固有の複雑さを制御するまたは乱流の条件^13,14のフロー パラメーターを決定するためです。その上、堆積運動のしきい値は強く動き、すなわちスライディング、圧延や昇降¹⁷と基準³¹初期運動を特徴付けるためのモードによって決まります。後者が侵食土砂ベッドであいまいになります。

最後の十年の間に実験研究者は層流^{32,33,34,35,36,37,}における初期粒子運動を研究しています。^{38,39,40,41,42,43,44}, 長さスケール ベッドとの相互作用の広いスペクトルがある⁴⁵を避けた。沈降を意味多く実用的なシナリオでは、粒子が非常に小さいと粒子レイノルズ数が約 5 より低く残る⁴⁶。その一方で、層流、乱流は^42,47波紋と砂丘として幾何学的なパターンを生成することができます。たとえ両方のレジメンでは、基になる物理⁴⁷粒子輸送の重要な洞察力より良いから取得できますので、類似の制御実験システム⁴⁸を反映するように示されています。

層流で Charruらに気づいた飽和条件が達成されるまで、均一に大きさで分類されたビーズ、鎧、いわゆるベッドの粒状ベッドのローカルの転位は運動の発症のための閾値の進歩的な増加の結果³². 文学、ただし、実験の設定^36,44によって不規則に配置された土砂ベッドで飽和条件に異なるしきい値を明らかにします。この散乱は、堆積物のコンパクトの向き、突起レベルなど制御粒子の各パラメターの難しさのためかもしれない。

この原稿の主な目標は、水平堆積物層の幾何学的性質の機能として単一球の初期運動を特徴付ける方法を詳しく説明するようです。その目的のため通常のジオメトリを使用して、三角形または二次構成に従って定期的に配置固定ビーズの単分子膜から成る。正規基板のように使用は粒子励起マイクロ アッセイ⁴⁹、限られた構造化されたジオメトリ⁵⁰または組み込みマイクロ デバイスの自己組織化における粒子のテンプレート アセンブリのようなアプリケーションで発見されてマイクロ チャネル⁵¹で輸送します。もっと重要なは、正規の基板を使用してローカルのジオメトリと方向の影響を強調して近所の役割について任意の dubiety を避けるために私たちことができます。

薄層流れ、基板球の間そしてこうしてビーズの流れ³⁸への暴露の間隔によってだけ 50% 増の重要なシールド数が見られました。同様に、我々 は発見した重要な盾数最大の流れ方向³⁸に基板の向きに応じて 2 つの要因によって変更されました。我々 は不動の隣人のみに影響するモバイルのビードの発症約 3 粒径⁴¹よりも近い場合に気づいた。実験結果によってトリガーされると、私たちは、最近、忍び寄るフロー制限⁴⁰の重要なシールド数を予測する厳格な分析モデルを発表しました。モデルは、隠されたビーズにさらさからモーションの発症をカバーしています。

この原稿の最初の部分を扱うせん断前の研究で使用される実験プロシージャの説明レイノルズ数 Re *、1 よりも低い。層流は、並列構成で回転レオメータで誘導されます。この低レイノルズ数の制限、粒子が任意の速度変動²⁰が発生するはずはない、システムに一致粘性サブレイヤー内の粒子の水没、いわゆる油圧スムーズな流れ。

流での初期の動きが確立されると、乱流の役割が明確になることができます。このアイデアによって動機付けられて、プロトコルの 2 番目の部分で、新たな方法を紹介します。オープン ジェット テスト セクションの数を決定することができますで、広い範囲の日時 * 油圧過渡的流れと乱流域を含む重要な盾のゲッティンゲンの低速風洞を使用してください。実験の結果は、力とトルクが基板ジオメトリによって乱流による粒子に対してどのように作用するかについて重要な洞察力を提供できます。その上、これらの結果は、同様に半確率モデル⁵²を供給するか、最近の数値モデル⁵³を検証する層流の過去の作品が使用されていることのプロセス高日時 * でより高度なモデルのベンチマークとして使用できます。日時 * 40 から 150 までのアプリケーションのいくつかの代表的な例を提案します。

初期条件は、次のいずれかの初期の平衡位置からの単一の粒子の動きとして確立されます。画像処理を使用して、動、すなわち発症のモードを決定転がり、滑り、^39,41を持ち上げます。そのため、手動でマークされたモバイルの球の回転の角度が検出されます。アルゴリズムでは、マークの位置を追跡し、球の中心と比較します。実験の予備的なセットは、重要な盾数ままセットアップと相対流れ冠水の有限サイズ効果の独立を明確に両方の実験のセットアップで行われました。実験方法こうして日時 * と堆積層の幾何学的性質を超えて重要な盾数に依存、他のパラメーターを除外して設計されています。日時 * 流体粒子の組み合わせを変えて様々 です。重要な盾数は埋葬の度の関数として特徴付けられる、マルティーノらによって定義されました。として³⁷ 、 、すなわちどのモーションで臨界角が発生する⁵⁴安息角と効果的に流れにさらされる断面積の比として定義されている、露出度は、モバイルのビードの合計断面積。