Técnica de escaneo rápido para el Estudio de impacto por caída de la Dinámica de Fluidos no newtonianos

Summary

Impacto de la gota de fluidos no newtonianos es un proceso complejo ya que los diferentes parámetros físicos influyen en la dinámica durante un tiempo muy corto (menos de un décimo de un milisegundo). Una técnica de imagen rápida se introdujo con el fin de caracterizar los comportamientos de impacto de los diferentes fluidos no newtonianos.

Abstract

En el campo de la mecánica de fluidos, muchos procesos dinámicos no sólo se producen en un intervalo de tiempo muy corto, pero también requieren una alta resolución espacial para la observación detallada, escenarios que hacen que sea difícil de observar con los sistemas de formación de imágenes convencionales. Uno de ellos es el impacto de la caída de líquidos, que por lo general ocurre dentro de un décimo de milisegundo. Para hacer frente a este reto, una técnica de imagen rápido, se indica que combina una cámara de alta velocidad (con capacidad de hasta un millón de cuadros por segundo) con un objetivo macro con distancia de trabajo para que la resolución espacial de la imagen a 10 micras / píxel. La técnica de formación de imágenes permite la medición precisa de las cantidades de dinámica de fluidos pertinentes, tales como el campo de flujo, la distancia y la velocidad de propagación de las salpicaduras, a partir del análisis del vídeo grabado. Para demostrar las capacidades de este sistema de visualización, la dinámica de impacto cuando las gotas de fluidos no newtonianos inciden sobre una superficie plana y dura se caracAUTORIZADO. Dos situaciones se consideran: por gotas de metal líquido oxidados nos centramos en el comportamiento de la difusión, y para las suspensiones densas se determina el inicio de salpicaduras. De manera más general, la combinación de una alta resolución temporal y espacial de imágenes introducida aquí ofrece ventajas para el estudio de dinámica rápida en una amplia gama de fenómenos microescala.

Introduction

Impacto por caída sobre una superficie sólida es un proceso clave en muchas aplicaciones que implican la fabricación electrónica ^1, recubrimiento por pulverización ^2, y el aditivo de fabricación de inyección de tinta utilizando la impresión de ^3,4, donde un control preciso de la caída de la difusión y se desea salpicaduras. Sin embargo, la observación directa del impacto de la caída es técnicamente difícil por dos razones. En primer lugar, es un proceso dinámico complejo que se produce dentro de un plazo de tiempo demasiado cortos (~ 100 microsegundos) para obtener imágenes fácilmente por los sistemas de formación de imágenes convencionales, tales como microscopios ópticos y cámaras DSLR. La fotografía con flash puede imagen Curso de mucho más rápido, pero no permite la grabación continua, como se requiere para el análisis detallado de la evolución con el tiempo. En segundo lugar, la escala de longitud inducida por inestabilidades de impacto puede ser tan pequeño como 10 micras ^5. Por lo tanto, para estudiar cuantitativamente el proceso de impacto de un sistema que combina la formación de imágenes ultrarrápida junto con razonablemente alta resolución espacial es a menudodeseada. En ausencia de tal sistema, los primeros trabajos sobre el impacto de gotas centrado sobre todo en la deformación geométrica mundial después del impacto ^{de 6-8,} pero fue incapaz de reunir información sobre los primeros momentos, los procesos de no equilibrio asociados con el impacto, tales como la aparición de salpicaduras. Los recientes avances en CMOS de alta velocidad de la videografía de fluidos ^9,12 han empujado a la velocidad de cuadro de hasta un millón de fps y tiempos de exposición por debajo de 1 microsegundos. Por otra parte, las técnicas de imagen CCD de nuevo desarrollo puede empujar la velocidad de fotogramas muy por encima de un millón de ^9-12 fps. La resolución espacial en el otro lado, se puede aumentar con el orden de 1 m / píxel usando lentes de aumento ^12. Como consecuencia, se ha hecho posible para explorar en detalle sin precedentes la influencia de una amplia gama de parámetros físicos en varias etapas de impacto por caída y para comparar sistemáticamente experimento y teoría ^5,13-16. Por ejemplo, la transición chapoteando en fluidos newtonianos fue found que será establecido por la atmósfera de presión ^5, mientras que la reología intrínseca decide la dinámica de propagación de fluidos rendimiento-estrés ^17.

Aquí una simple y poderosa técnica de imagen rápida se introduce y se aplicó para estudiar la dinámica de impacto de dos tipos de fluidos no newtonianos: metales líquidos y suspensiones densas. Con la exposición al aire, en esencia todos los metales líquidos (excepto el mercurio) de forma espontánea desarrollarán una capa de óxido en su superficie. Mecánicamente, la piel se encuentra para alterar la tensión superficial efectiva y la capacidad de humectación de los metales ^18. En un trabajo anterior ^15, varios de los autores estudiaron el proceso de difusión cuantitativa y fueron capaces de explicar cómo el efecto de la piel influye en la dinámica de impacto, en especial la ampliación del radio máximo la difusión con los parámetros de impacto. Como el metal líquido tiene una alta reflectividad de la superficie, se requiere un ajuste cuidadoso de la iluminación de la proyección de imagen. Suspensiones unre compuesta de pequeñas partículas en un líquido. Incluso para líquidos newtonianos simples, la adición de partículas resultados en el comportamiento no newtoniano, que se convierte en especialmente pronunciada en suspensiones densas, es decir, en la fracción de alto volumen de partículas en suspensión. En particular, la aparición de las salpicaduras cuando una gota de suspensión incide en una superficie lisa y dura fue estudiado en el trabajo previo ^16. Tanto líquido y las partículas y las interacciones entre las partículas pueden cambiar el comportamiento de las salpicaduras significativamente de lo que podría esperarse de los líquidos simples. Para el seguimiento de partículas tan pequeñas como 80 micras en estos experimentos se necesita una alta resolución espacial.

Una combinación de varios requisitos técnicos, tales como la alta resolución temporal y espacial, además de la capacidad de observación de impactos, tanto desde un lado y desde abajo, todo puede ser satisfecho con la configuración de imagen se describe aquí. Siguiendo un protocolo estándar, se describe a continuación, la dinámica de impacto pueden ser inversoresvestigado de una manera controlada, como se muestra de forma explícita para la difusión y salpicaduras de comportamiento.

Protocol

1. Configuración de Imagen Rápida (Ver Figura 1)

1. Comience por la creación de un carril vertical a lo largo de la cual un recipiente lleno con el fluido a ser estudiado se puede mover libremente para ajustar la velocidad de impacto. El fluido sale de la parte inferior del recipiente a través de una boquilla y entra entonces en caída libre. Para este trabajo la altura de caída se varió desde 1 hasta 200 cm para dar una velocidad de impacto V ₀ = (0,4-6,3) ± 0,15 m / seg.
2. Construir y montar un bastidor para sostener el plano horizontal impacto, típicamente una placa de vidrio, en las que un espejo reflectante inclinada está posicionado para visualizar el impacto de la caída de la parte inferior.
3. Coloque una placa de vidrio limpia y lisa en el soporte. Asegúrese de que la placa esté nivelada horizontalmente.
4. Montar una bomba de jeringa en la pista vertical.
5. Para el impacto de metal líquido, colocar un difusor de papel transparente detrás de la boquilla para la cara-vista de imagen. Al mismo tiempo, adjuntar un papel opaco blanco por encima de la bomba de jeringa para generarreflexión para la parte inferior de visualización (ver Figura 1). A continuación, busque la fuente de luz detrás de la boquilla.
6. Para el impacto suspensión densa, no se necesita difusor. En lugar de ello, sólo tiene que colocar la fuente de luz frente al plano de la imagen.
7. Seleccione la macro con una distancia focal apropiada para ampliación deseada y de la distancia de trabajo óptico. A continuación, conecte el objetivo a la cámara.
8. Monte la cámara en un trípode y ajuste la altura de la cámara de acuerdo con el (lateral o inferior) perspectiva de obtención de imágenes.

2. Preparación de la muestra

1. Preparación de metal líquido oxidado
   1. Tienda de galio-indio eutéctica (EGAIN) en un contenedor sellado. Desde su punto de fusión es de unos 15 ° C, EGAIN permanece en estado líquido a temperatura ambiente.
   2. Utilizar una pipeta para extraer 3 ml EGAIN del recipiente y extruir que sobre una placa de acrílico. Espere 30 min para la muestra que se oxida completamente en el aire. Como consequena vez, una capa delgada de la piel arrugada oxidado cubre completamente la superficie de la muestra.
   3. Utilice ácido clorhídrico (HCl; "PRECAUCIÓN") de diferentes concentraciones de prelavado de la muestra EGAIN y para controlar la oxidación de la superficie. Específicamente, cizallar la muestra, mientras está en el baño de ácido, en 60 seg ^-1 tasa de cizallamiento con un reómetro. Después de 10 min de cizalladura, el nivel de oxidación de la superficie en la muestra alcanza el equilibrio, fijado por la concentración de HCl ^15,18.
   4. Después de este prelavado, utilizar una jeringa de plástico con una punta de la boquilla de acero para extraer EGAIN del baño.
   5. Monte la jeringa en la bomba de jeringa y estar listo para el experimento.
2. Preparación de suspensiones densas
   1. Corte el extremo de una jeringa comercial (4,5 mm o 2,3 mm de radio) y utilizarlo como tubo cilíndrico para dispensar la suspensión densa.
   2. Tire hacia atrás el émbolo y llene la jeringa con agua todo el camino hasta el extremo abierto, por lo que sUre no hay ninguna burbuja de aire arrastrado.
   3. Ponga esféricas de ZrO ₂ o perlas de vidrio en la jeringa. Con la sedimentación de las partículas, el agua se derrame fuera de la boquilla. Llene la jeringa con partículas de todo el camino hasta el extremo abierto. La suspensión se atasco por gravedad.
   4. Use una hoja de afeitar para eliminar las partículas húmedas adicionales de la parte superior para mantener ese extremo plano.
   5. Dé la vuelta a la boquilla y montarlo en la bomba de jeringa. La tensión superficial evitará que las partículas se caigan ^16.

3. Calibración

Antes de recoger los vídeos, los parámetros del dispositivo de imagen se deben establecer y alineación de iluminación tiene que ser completado. Además, la resolución espacial necesita ser calibrado.

1. Encienda la bomba de jeringa a un velocidad de 20 ml / hora para sacar el fluido (líquido metal o suspensión) de la boquilla.
2. Esperar a que el fluido a separar de la jeringa, formar una gota y la caída def para hacer una prueba de impacto sobre el sustrato de vidrio.
3. Ajustar la posición de la cámara, incluyendo su posición vertical y la orientación de formación de imágenes, para encontrar el splat en el monitor de la computadora que se conecta a la cámara. Modificar la distancia de trabajo para arreglar la imagen de estar en el plano focal cuando la relación de reproducción de la lente se fija en 1:1.
4. Variar el tamaño de la abertura, el tiempo de exposición y el ángulo de iluminación para obtener la mejor calidad de imagen cuando la velocidad de cuadro es lo suficientemente alta (> 6.000 fps). Figura 2 (a) muestra imágenes típicas tomadas por la cámara para tanto EGAIN líquido y una suspensión densa.
5. Coloque una regla en el campo de visión (vea la Figura 2 (b)) y calcular la resolución espacial contando cuántos píxeles se ajusta a través de 1 cm. Asegúrese de que no hay diferencia en la resolución entre las direcciones horizontal y vertical.
6. Seguir un proceso de 3 pasos para medir la fracción de empaquetamiento denso de caída de suspensión:
   1. Medir la masa de la entire splat justo después del impacto (por ejemplo, dejando caer la gota en un vaso medidor que puede ser exactamente pesados).
   2. Luego, se evapora todo el disolvente con un calentador y pesar el splat de nuevo para obtener la masa de la partícula.
   3. Calcular el volumen de partículas y líquido para obtener la fracción de empaquetamiento. Normalmente, esta fracción de volumen debe estar alrededor de 60%.
7. De acuerdo a la dirección de observación (inferior o lateral), coloque la cámara de manera adecuada. En particular, poner la cámara junto al sustrato para la vista lateral o en el mismo nivel del espejo reflectante para la imagen de fondo.

4. Grabación de vídeo y Adquisición de Datos

1. Después de la calibración de imágenes, reinicie la bomba de jeringa. Al mismo tiempo, abrir la cámara de control de software para controlar el proceso de impacto.
2. Establezca los números posteriores a la activación de marco a aproximadamente la mitad de la duración del video. Observa con cuidado cuando la caída comienza a formar y manualmente trigger la cámara en el momento cuando la caída se separa de la boquilla. Lleve a cabo un par de pruebas de la práctica antes de la grabación de datos.
3. Después de grabar los datos, recortar el vídeo a la parte que contiene el impacto y guardar los vídeos como las secuencias de imágenes para el análisis.

5. Imagen Post-procesamiento y análisis

1. Use un método de detección límite de localizar el frente móvil de EGAIN líquido a medida que se propaga, lo que corresponde a una transición brusca en el valor medio de píxel (véanse las figuras 3 (ab)).
2. A partir de imágenes, tanto de fondo y laterales, determinar el inicio salpicaduras de suspensión densa.
3. Realizar algoritmos de partículas de seguimiento para obtener rastros de partículas individuales que escaparon del símbolo (véase la Figura 3 (c)). Entonces, el cálculo de la velocidad de expulsión de dichas trayectorias (Figura 3 (d)).

Representative Results

La técnica de imagen rápido puede ser utilizado para cuantificar la difusión y salpicaduras para varios escenarios de impacto. Figura 4 (a), por ejemplo, muestra secuencias de imágenes de impacto típicos para EGAIN líquidos con diferente fuerza la piel de óxido. Por expulsar EGAIN de la misma boquilla y a la misma altura que cae, gotitas con reproducibles velocidad de impacto V ₀ = 1,02 ± 0,12 m / seg y radio R ₀ = 6,25 ± 0,10 mm fueron generados. La columna de la izquierda muestra el impacto de una caída EGAIN aire oxidado no prelavado de ácido. Una larga cola en el extremo superior de la gota se forma cuando el fluido se separa de la boquilla. A diferencia de los líquidos ordinarios, la piel de óxido evita que el fluido de relajante libremente la energía de superficie, por lo que esta geometría no esférica se mantiene sin cambios durante la fase de caída. Después de producirse el impacto, una hoja delgada de metal líquido (láminas) se expande rápidamente a lo largo del sustrato liso. Lavarse las muestras en ácido reduce el bueyIDE y debilita el efecto de la piel. La media y columnas de la derecha en la figura 4 (a) muestran imágenes de gotas prelavado de 0. 01 M y 0. 2 M HCl, respectivamente. Cuando el ácido se vuelve lo suficientemente fuerte como para eliminar por completo cualquier efecto de piel observable, EGAIN no muestra diferencias en la difusión de la conducta de los líquidos ordinarios (columna derecha).

Con el fin de caracterizar la expansión radial después del impacto, el factor de ensanchamiento puede ser definida como P _m = ₀ R / R _m, donde la máxima difusión de radio es R _m. El comportamiento de la escala de P _m bajo diferentes condiciones de oxidación se representa en la Figura 4 (b) de una manera convencional para fluidos newtonianos, donde Re es el número de Reynolds y Nos * es un número efectivo de Weber que representa la tensión superficial inducida por la piel inducida . Aquí, el número de Reynolds y el número de Weber eficaz para EGAIN se definen en la escala de toda la caída. Particularmente, Re= 2 V ₀ R ₀ / ν donde ν es la viscosidad cinemática y Nosotros * = 2ρV ₀ ² ₀ R / σ _ef con ρ como la densidad del líquido y el _FEP σ como la tensión superficial efectiva. ¹⁵ Los datos bien colapsan en escalar la clásica ⁶ . Esto sugiere que la difusión de EGAIN oxidado se ajusta al argumento de balance de energía utilizado para explicar la propagación de fluidos newtonianos, siempre y cuando la energía elástica almacenada en la piel se contabiliza. En general, no se observa salpicaduras de EGAIN desde la tensión superficial (> 400 mN / m) es mucho más grande que en los líquidos ordinarios.

Para las suspensiones densas, los experimentos se centraron en la aparición de bienvenida. Un líquido no viscoso fue utilizado como el disolvente de manera que la partícula de número de Reynolds Re _p fue siempre mayor que 400. En este régimen, la disipación viscosa es insignificante en comparación con los efectos inerciales. Figura 5 p y radios r _p. Dado que la dinámica de las partículas individuales domina el impacto, tanto en número de Reynolds y el número de Weber se definen en la escala de una sola partícula. A saber, Re _p = V ₀ R _p / ν y Nosotros _p = ρ _p V ₀ ² R _p / σ, donde _Rp es el radio de la partícula. En este caso, el cambio de la velocidad de impacto varía el número de partículas Weber Nos _p. Para cada punto de la trama, el experimento se repitió 10 veces. Los círculos huecos rojos son los casos en los que siempre se encuentra splash, y los puntos azules sólidas corresponden a la situación cuando no se encuentra un splash. Los cuadrados verdes, sin embargo, indican los escenarios cuando ambos salpicaduras y sin salpicaduras se observan en las 10 repeticiones. En todos los casos, la transición a las salpicaduras ocurre en el mismo valor de _p Nos ≈ 14. Esto es consistente con un argumento queel número de Weber a base de partículas es el parámetro relevante para la aparición splash ^16. Los recuadros muestran imágenes representativas de salpicaduras y no hay situaciones de salpicaduras. Mediante la comparación de los resultados de la transición salpicaduras de fluidos newtonianos, una diferencia distintiva emerge. Convencionalmente, el inicio salpicaduras de líquidos newtonianos es fijado por la cantidad adimensional K = Nosotros ^media Re ^1/4, donde el número de Weber, Nosotros, y el número de Reynolds, Re, se definen para toda la gota ^7. Sin embargo, mediante la adición de partículas en el líquido, una escala de longitud extra, el tamaño de partícula, se introduce en el sistema. Como resultado, en el caso en el que las suspensiones son tan denso como el punto de interferencia, la dinámica de la partícula individual determina la aparición salpicaduras.

Una de las características distintivas de las suspensiones densas es la estructura de encaje formado a raíz del impacto (Figura 6 (a)). Con el fin de caracterizar este nuevo tipo de inestabilidad, el áreade los agujeros abiertos se cuantifica a través del análisis de imágenes. En primer lugar, la distribución de velocidad en la capa de extensión se puede conseguir mediante el uso de imágenes de partículas Velocimetría (PIV). Luego, los anillos de color amarillo en la figura 6 (a) se definen con partículas Weber número Nos _p = 10, 75 y 920, todos los cuales se expanden radialmente con el tiempo. Por análisis de imagen, el área de los agujeros y el área total entre cada anillo se obtienen como _taladro S y S _0, respectivamente. La relación de S _agujero a S ₀ se traza contra el tiempo en la Figura 6 (b). De la figura, es evidente que la inestabilidad del agujero de apertura se produce principalmente en el régimen exterior de la propagación.

Figura 1. Ilustración esquemática de la configuración de imagen. Lacámara rápida utilizado para este trabajo puede alcanzar 6.242 fotogramas por segundo (fps) a 1280 x 800 de resolución de pantalla ancha, la velocidad de fotogramas máxima es de 10 ⁶ fps a resolución reducida (128 x 8). Durante el experimento, las gotas se extruyeron lentamente de una boquilla mediante el uso de una bomba de jeringa. La iluminación del sistema es proporcionada por dos fuentes de luz blanca. Las luces delanteras y traseras se utilizan para el metal líquido y el impacto suspensión denso, respectivamente.

Figura 2. (A) Imágenes típicas tomadas por la cámara para EGAIN líquido (columna de la izquierda) y una suspensión densa de partículas en un líquido (columna derecha). Observación se pueden realizar tanto desde abajo y de lado. Para poner de relieve el perfil del objeto, la caída se ilumina en una dirección perpenpendicular al plano de imagen. En concreto, para EGAIN líquido, la caída es retroiluminada para aumentar el contraste en el límite líquido / aire. Para las suspensiones densas, la muestra se ilumina desde la parte frontal, de tal manera que las partículas individuales en la gota se pueden distinguir. (B) Un ejemplo de calibración espacial resolución a 10.000 cps. Aquí, hay 192 píxeles a través de una distancia de 1 cm. Por lo tanto, la resolución espacial de esta cifra es 1 cm/192 píxeles ≈ 52 m / pixel. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3. Análisis de imagen. Para gotas de metal líquido, lo primero que umbral de las imágenes para cada cuadro (ver (a)). La valor medio de píxel a lo largo de un anillo en la posición radial r (ver el círculo sólido en (a)) indica la ubicación de la frontera difusión. Convencionalmente, blanco corresponde a cero y negro a uno. Como resultado de ello, el argumento de valor medio píxel (b) muestra una transición brusca. La posición que corresponde a 0,5 da ubicación de la frontera, donde la incertidumbre proviene de la anchura. La parte delantera en movimiento es el parámetro clave para el estudio de la difusión. Por el contrario, para el impacto suspensión densa, no sólo la difusión, sino también la aparición salpicaduras es motivo de preocupación. Panel (c) muestra el resultado del rastreo de partículas de las partículas de salpicaduras, donde las colas amarillas unidas a las partículas indican sus trayectorias. La parcela en (d) da la traza de partículas con un círculo en (c). Dado que el paso de tiempo es de 1/10, 000 seg, la velocidad de escape es constante a aproximadamente 1,5 m / seg, que se corresponde bien con la velocidad de impacto.f = "https://www.jove.com/files/ftp_upload/51429/51429fig3highres.jpg" target = "_blank"> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4. Difusión dinámica de EGAIN líquido. (A) secuencia de imagen típica de EGAIN gotas de impactar sobre un sustrato de vidrio (capturada por una cámara rápida sensible al color. En este caso, la resolución espacial se reduce a 59 m / píxel a 7.600 fps). Las gotas se prelavaron inicialmente en una solución de HCl tal como se indica en el texto. Para todas las secuencias de imágenes que se muestran arriba, la velocidad de impacto se mantuvo a ₀ V = 1,02 ± 0,12 m / s, y el diámetro de la gota inicial fue de R ₀ = 6,25 ± 0,10 mm. (B) capilar a la transición de un comportamiento viscoso impacto de EGAIN cae prelavado wdiferentes concentraciones de ácido i-ésimo. El parámetro adimensional K = Nosotros * / Re ^4/5 se utiliza para contraer todos los datos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5. Splash inicio Weber número Nos _p en función de la partícula de radio r _p y la densidad ρ _p. Los círculos huecos rojos son los casos en los que siempre se encuentra splash, y los puntos azules sólidas corresponden a la situación en la que no se encuentra en splash 10 repeticiones sucesivas. Los cuadrados verdes indican los escenarios cuando ambos salpicaduras y sin salpicaduras se observan en las 10 repeticiones. Las parcelas inserción son las imágenes típicas de salpicaduras y nonsplashing casos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6. La inestabilidad en la dinámica de la suspensión se extienda. Panel (a) muestra una imagen típica durante el impacto. Durante la difusión, los agujeros abiertos entre racimos de partículas debido al gradiente de velocidad en la monocapa. Los tres anillos de color amarillo en la imagen indican las posiciones radiales correspondientes a los números de Weber diferente de partículas (Nos _p = 10, 75, 920). (B) La relación entre el área de los agujeros _(agujero S) a la superficie total (S ₀₎ entre cada anillo. _Agujero S / S ₀ en función del tiempo, t.

Discussion

Varios pasos son fundamentales para la correcta ejecución de la formación de imágenes rápido. En primer lugar, la cámara y el objetivo tienen que estar debidamente configurado y calibrado. En particular, con el fin de obtener una alta resolución espacial, la relación de reproducción de la lente debe mantenerse cerca de 1:01. Esto es especialmente importante para la visualización de suspensiones densas. Además, el tamaño de la abertura debe ser cuidadosamente elegido para la imagen. Por ejemplo, la observación desde el lado, en general, requiere una profundidad de campo más largo, por lo tanto, el tamaño de abertura más pequeña. Para mantener el brillo de la de vídeo, es necesario aumentar el tiempo de exposición y por lo tanto reducir la velocidad de cuadro (~ 6.000 fps). Por el contrario, vista desde abajo sólo requiere la cámara para centrarse en un solo plano. Como consecuencia, mayor resolución de tiempo se puede conseguir (~ 10 000 fps).

En segundo lugar, la configuración de la iluminación adecuada es un factor clave para conseguir un límite claro de las gotas. Puesto que todas las muestras estaban iluminadas ya sea desde la parte posterior o FronT, las fuentes de luz deben ser alineados verticalmente al plano de imagen. Si se inclina el ángulo de la iluminación, la sombra en la imagen y el reflejo de la superficie de la muestra (por ejemplo, de las superficies brillantes, como metales líquidos) pueden hacer la detección de contorno precisa imposible.

En tercer lugar, la cámara de disparo es importante a la hora de grabación de vídeo. Los usuarios tienen que estimar el número de fotogramas se debe registrar antes de disparar. La configuración específica puede variar en función de las personas, en función de los diferentes tiempos de reacción. Por lo tanto, varias pruebas de ensayo para la práctica son necesarios antes de las mediciones reales.

Una limitación implica una resolución equilibrio espacial. Para la mayoría de las imágenes tomadas en los experimentos, la resolución fue de alrededor de 50 micras, lo que sugiere que es más bien difícil de visualizar claramente las partículas menores de 50 micras (aunque los algoritmos de rastreo de partículas avanzada pueden ayudar en este sentido, dependiendo de la DETA experimentales específicasILS ^10-12). Otra posible limitación es la fuerte reducción de la resolución en el tiempo cuando el campo necesario de visión llega a ser grande. Para el símbolo que se extiende a varios centímetros, la velocidad de cuadros puede caer por debajo de 5.000 fps, que puede no ser lo suficientemente rápido para la captura dinámica rápida.

En resumen, el sistema de imagen rápido (cámara rápida + lente macro) aquí descrito es una herramienta prometedora para el estudio de los procesos de dinámica rápida. El enfoque aquí es sobre el impacto de los fluidos no newtonianos, pero las investigaciones de muchos otros temas de investigación, tales como la ruptura líquido gota ^19,20, jets granulares ^21, y la coalescencia de gotas de líquido ^22, se benefician de una técnica similar. Tal enfoque experimental permite a los fenómenos de la microescala de imagen y al mismo tiempo obtener conocimientos sobre la dinámica que se acompañan en la escala de microsegundos, un régimen que es un reto para los métodos de formación de imágenes convencionales.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Gallium-Indium Eutectic	Sigma Aldrich	495425-25G
Hydrochloric Acid	Sigma Aldrich	320331-2.5L
Zirconium oxide	Glen Mills Inc.	7200
Phantom V12 and V7 Fast Ccamera	Vision Research	N/A
105 mm Micro-Nikon	Nikon	N/A
12 V / 200 W light Source	Dedolight	N/A
Syringe Pump	Razel	MODEL R9-9E