أسلوب عيانية تناظرية لدراسة العمليات هيدرودينامية الجزيئية في كثافة الغازات والسوائل

Jerry Dahlberg; Peter T. Tkacik; Brigid Mullany; Eric Fleischhauer; Hossein Shahinian; Farzad Azimi; Jayesh Navare; Spencer Owen; Tucker Bisel; Tony Martin; Jodie Sholar; Russell G. Keanini

doi:10.3791/56632

مقالة منهجية

أسلوب عيانية تناظرية لدراسة العمليات هيدرودينامية الجزيئية في كثافة الغازات والسوائل

DOI:

10.3791/56632

⸱

ديسمبر 4, 2017

Jerry Dahlberg¹ , Peter T. Tkacik¹ , Brigid Mullany¹ , Eric Fleischhauer¹ , Hossein Shahinian¹ , Farzad Azimi¹ , Jayesh Navare¹ , Spencer Owen¹ , Tucker Bisel¹ , Tony Martin¹ , Jodie Sholar¹ , Russell G. Keanini¹

¹Department of Mechanical Engineering, University of North Carolina at Charlotte

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويقدم أسلوب تمثيلي موجوداً تجريبيا لدراسة العمليات هيدرودينامية الجزيئية في السوائل الكثيفة. التقنية تستخدم الجسيمات الصورة فيلوسيميتري أكوام الحبوب صدى، ورد عالية ويسمح المراقبة العيانية، ومباشرة العمليات الديناميكية المعروفة ومن المتوقع أن توجد في التفاعل بشدة، وارتفاع كثافة الغازات والسوائل.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يتم وصف أسلوب تمثيلي العيانية لدراسة العمليات الجزيئية الحجم الهيدروديناميكي في كثافة الغازات والسوائل. الأسلوب الذي ينطبق قياسية السوائل حيوية تشخيصية، جسيمات صورة فيلوسيميتري (PIV)، لقياس: ط) سرعات الجسيمات الفردية (الحبوب)، قائما في تصادم الحبوب قصيرة، وجداول زمنية، وثانيا) سرعات نظم الجسيمات، على حد سواء قصيرة الاصطدام-الوقت-وثالثاً طويلة ومتواصلة-تدفق--جداول زمنية،) وسائط هيدرودينامية الجماعية المعروفة موجودة في السوائل الجزيئية الكثيفة، ورابعاً) مقياس قصيرة وطويلة عن الوقت مهام ترابط تلقائي السرعة، المركزية لفهم ديناميات الجسيمات الحجم في نظم السوائل الكثيفة، والتفاعل بشدة. يتألف النظام الأساسي نظام تصوير، ومصدر الضوء، والمجسات الذبذبات، نظام الذبذبات مع برامج وسائط الإعلام، و PIV والتحليل معروفة. هي أبرز القياسات التجريبية المطلوبة ومخططا للأدوات النظرية اللازمة عند استخدام هذه التقنية التناظرية إلى دراسة جزيئية الحجم الهيدروديناميكي العمليات. هذا الأسلوب المقترح يوفر بديلاً بسيطاً نسبيا إلى الضوئية والنيوترون شعاع نثر الأساليب المستخدمة تقليديا في دراسات هيدرودينامية الجزيئية.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الدراسات الهيدروناميكا الجزيئية ديناميات والميكانيكا الإحصائية من الجزيئات الفردية ومجموعات من الجزيئات داخل السوائل. من بين العديد من التقنيات التجريبية المتقدمة لدراسة نظم هيدرودينامية الجزيئية¹^،²، تشتت الضوء¹^،²^،³، المحاكاة الديناميكية الجزيئية⁴^، ⁵^،^،من⁶⁷ وإلى حد أقل، تم استخدام النيوترونات غير مرن نثر⁸ الأكثر شيوعاً. ولسوء الحظ، إرفاق قيود كبيرة لهذا الأخير اثنين من التقنيات. المحاكاة وديناميات الجزيئية (MD)، على سبيل المثال: ط) هي المحدودة الصغيرة المكانية والزمانية figure-introduction-1 المجالات التي تحتوي على جزيئات قليلة نسبيا figure-introduction-2 ، ثانيا) تتطلب استخدام التقريبي الجسيمات بين الإمكانات، ثالثا) عادة إدخال الدوري شروط الحدود، غير صالحة تحت ظروف التدفق الأكبر عدم التوازن، ورابعاً) لا يمكن، في الوقت الراهن، الإجابة على السؤال الأساسي ديناميات الجزيئية مقياس كيف، التي تنطوي على جزيئات مفردة أو مجموعات من الجزيئات، وتتأثر، وزوجين مرة أخرى الجزء الأكبر، عدم التوازن في تدفق السوائل. الحد الرئيسية المرتبطة بتشتت النيوترونات مرتبط بصعوبة الوصول إلى العدد المحدود من النيوترون شعاع المصادر المتاحة.

بغية توفير سياق التناظرية التقنية التجريبية المعروضة في هذه المقالة، نسلط الضوء التقنيات المطبقة للسوائل الكثيفة الغاز والسائل-الدولة البسيطة. في تجربة نموذجية تشتت ضوء، يوجه شعاع ضوء ليزر استقطاب إلى وحدة تخزين استجواب صغيرة التي تحتوي على عينة السائل ثابتة. ثم يتم الكشف عن الضوء المتناثرة من الجزيئات داخل العينة في بعض زاوية ثابتة بالنسبة إلى شعاع الحادث. اعتماداً على نظام الفائدة الحيوية الجزيئية، يتضمن كشف وتحليل الإشارات الخفيفة المتناثرة الخفيفة التصفية أو خلط أساليب الكشف عن الضوء. كما يتضح من برن وبيكورا¹، تصفية التقنيات، التي التحقيق في حالة السوائل ديناميات الجزيئية في الوقت المناسب جداول أقصر من figure-introduction-3 s، يعرض على السابر بعد بعثرة أو حيود [غرتينغ]، والسماح للمسح الضوئي للكثافة الطيفية الضوء المتناثرة. البصرية خلط التقنيات المستخدمة لديناميات مقياس الوقت بطيء، figure-introduction-4 s، على النقيض من ذلك، إدراج محلل أوتوكوريلاتور أو الطيف بعد بعثرة، الذي يتم استخراج محتوى الطيفية إشارات متفرقة من قياس الضوء المتناثرة كثافة.

وبصفة عامة، الليزر تحقيقات، على الأقل تلك التي تعمل في النطاق المرئي من الطيف، ولها أطوال موجية أطول من تباعد مميزة بين جزيئات السائل-الدولة. وفي ظل هذه الظروف، يثير شعاع التحقيق خمسة الجماعية، ومقياس الوقت بطيء، وسائط هيدرودينامية طويل--طول الموجه²^،⁹^،¹⁰ (بطيئة بالنسبة لتردد التصادم المميزة): اثنان فيسكوسلي ثبط، مكافحة نشر الموجات الصوتية، وضعي الدردوريه أونكوبليد، انتشارية بحتة، ووضع واحد انتشارية حراري (الانتروبيا). وسائط الصوت متحمسون في الاتجاه (الطولي) شعاع الحادث، بينما وسائط دوامة متحمسون في الاتجاه العرضي.

دراسة تجريبية بحتة تناثر التقنيات، سؤالين الأساسية، الواقعة في قلب التوازن وعدم التوازن ميكانيكا إحصائية الجزيئية، نظم الدولة السائل، تبقى خارج الضوء وقياسات تشتت النيوترونات:
1) صرامة الوسائط⁹^،¹¹ تبين أن ديناميات التصادم-ودون-كوليسيون-مقياس الوقت عشوائي، جزيئات السائل-الدولة الفردية، رهنا بديناميات نيوتن الكلاسيكية أو ديناميات الكم، يمكن أن تعاد في شكل معمم لانجفان المعادلات (GLE). وفي المقابل، تضم GLE، أداة نظرية محورية في دراسة الميكانيكا الإحصائية غير متوازنة من الجزيئات في كثافة الغازات والسوائل. ولسوء الحظ، نظراً لديناميات الجزيئات الفردية (غير الجزيئات) لا يمكن حلها بأسلوب نثر أما، يوجد حاليا أية طريقة مباشرة، وراء المحاكاة ودكتوراه في الطب، لاختبار صحة GLE ل.
2) فرضية أساسية الواقعة في قلب ديناميات السوائل متوالية العيانية، كذلك microscale الهيدروناميكا الجزيئية، يفترض أن على طول-والمقاييس الزمنية الكبيرة بالنسبة لأقطار جزيئية والتصادم أحياناً، ولكن صغيرة بالنسبة للتواصل طول ومقاييس زمنية، يسود المحلية توازن دينامي حراري (LTE). في استمرارية التدفق والحرارة نقل النماذج، مثل معادلات نافيير-ستوكس (NS)، هو افتراض LTE المطلوب⁹ للزوجين جوهرها عدم التوازن، وتدفق متواصلة على نطاق وسمات النقل الطاقة — مثل لزوجة القص تؤكد و التوصيل الحراري – بدقة خصائص توازن دينامي حراري، مثل درجة الحرارة والطاقة الداخلية. وبالمثل، في حين نقل الطاقة والزخم microscale العمليات جوهريا عدم التوازن، مما يعكس مظهر المتباعدة، microscale الجماهيري، الزخم، وتيارات الطاقة، نماذج من هذه العمليات عبارة تفترض أن التيارات وتمثل الاضطرابات الصغيرة من LTE⁹. ومرة أخرى، على حد علمنا، لم أي اختبارات تجريبية مباشرة من افتراض التطور طويل الأمد. على وجه الخصوص، يبدو أن لا تجارب التشتت الهيدروديناميكي الجزيئية جربت داخل كثيفة، تتحرك، وعدم التوازن في تدفق السائل.

في هذه الورقة، ونحن الخطوط العريضة لأسلوب تجريبي تناظرية التي يمكن استخدامها بالجسيمات العيانية، واحد وديناميات الجسيمات الجماعية من أكوام الحبوب صدى، تقاس باستخدام معيار الجسيمات التصوير فيلوسيميتري (PIV)، للتنبؤ بشكل غير مباشر، تفسير، وفضح الهيدروناميكا أحادية ومتعددة ملكال في كثافة الغازات والسوائل. يتم ذكر العناصر المادية والنظرية التي تمكن هذه التقنية المقترحة في ورقة صدرت مؤخرا نشرتها لدينا مجموعة¹². تجريبيا، يجب أن يحمل النظام العيانية: ملاحظة (ط) اتجاه المطرد نحو المحلي والتوازن الميكانيكي الإحصائية ماكروسكالي الصغيرة (ثانيا)، خطي الخروج عن التوازن التي تحاكي تقلبات غير متوازنة (ضعيفة) في نظم هيدرودينامية الجزيئية. نظرياً: نماذج microscale (ط (الكلاسيكية تصف التوازن وميكانيكا إحصائية ضعيفة-عدم التوازن كثيفة، نظم N-الجسيمات المتفاعلة يجب أن تعاد في شكل ماكروسكالي، ويجب (ثانيا) نماذج ماكروسكالي الناتجة موثوق بها التنبؤ بديناميات الجسيمات أحادية ومتعددة، من قصيرة، الجسيمات-تصادم-المقاييس الزمنية إلى طويلة، واستمرارية-تدفق-المقاييس الزمنية.

نقدم هنا، بروتوكول تجريبي مفصلة، فضلا عن الممثل النتائج التي حققتها هذه التقنية الجديدة. على النقيض من المحاكاة MD والضوء وأساليب تشتت النيوترونات، يسمح تقنية جديدة، للمرة الأولى، دراسة مفصلة للعمليات هيدرودينامية الجزيئية داخل المتدفقة وعدم التوازن بشدة، وكثافة الغازات والسوائل.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1-إعداد نظام اهتزازي

إعداد نظام اهتزازي كما هو مبين في الشكل 1. يتكون هذا النظام من حلقية البولي يوريثان السلطانية (بعد قطر خارجي 600 مم)، يعلق على واحد--سرعة (1740 لفة في الدقيقة)، المحرك غير متوازن، حيث يولد هذا الأخير عملية الاهتزازات. وهذا هو تعلق على قاعدة مرجحة ومفصولة بواسطة مجموعة من الينابيع الثمانية (وعاء وقاعدة مرجح يتم شراؤها تجميعها كقطعة واحدة). تولي الجمعية السلطانية لموقفها وآمنة مع اثنين هوكس المطاط التي تم توفيرها. مضخة تمعجية مكانة على طاولة بالقرب من الوعاء وإرفاق خرطوم مضخة منفذاً وعاء تزييت مدخل نقطة.
1. إرفاق التسارع triaxial لدائرة نصف قطرها الداخلي من وعاء حلقية لوعاء مسجل الاهتزازات تحت ظروف السعة منخفضة وسلك مقياس التسارع لاستشعار إشارات مكيف. مكان مكيف إشارة على طاولة بعيداً عن نظام اهتزازي. ويسيطر مكيف التسارع/إشارة الجمع بين البيانات اقتناء معدات وبرامج مثبتة على جهاز كمبيوتر قياسية.
تحضير الوسائط الذي تم اختياره بالغسيل في المياه والسماح لتجف. وقد استخدمت عدة أنواع من وسائل الإعلام خلال تجارب مختلفة. لهذه الورقة، استخدم سيراميك التلميع الوسائط مباشرة قص المثلث (10 مم × 10 مم × 10 مم مثلث كما ينظر من الجبهة وسمكه 10 مم).
1. تحديد وسائل الإعلام التعبئة الكثافة عن طريق وضع كيس بلاستيك فارغ أولاً على نطاق مختبر ترينج المقياس. ملء كيس بلاستيك مع وسائط الإعلام المختارة (لا أن تزيد 18.927 لتر (5 غال) وتسجيل الوزن من وسائط الإعلام (g أو كجم). لهذا النوع من وسائل الإعلام وإعداد التجريبية الحالية، كان الوزن 22.68 كغ (50 رطل).
  1. مكان الدلو في بالوعة كبيرة، أو خارج المبنى بعيداً عن غيرها من المعدات. ملء الدلو (ولهذا الغرض أنشأت، دلو 18.927 L (5 gal) استخدمت) مع الماء إلى علامة كاملة وببطء أقل كيس بلاستيك كامل لوسائل الإعلام في الدلو. مجرد الكيس من وسائل الإعلام هو مغمورة تماما، ببطء رفع الكيس من الماء لتجنب الرش ووضع الكيس جانبا. استخدم اسطوانة 1000 مل تخرج لإعادة ملء الدلو بصمتها الكامل الأصلي، تسجيل إجمالي كمية المياه المضافة. وستكون هذه الكمية من المياه المضافة حيث هي مواد التعبئة حجم وسائل الإعلام (لهذا إعداد، 13,750 مل مياه تم إضافتها مرة أخرى إلى الدلو). كمية المياه المضافة سوف تعتمد على نوع الوسائط المستخدمة.
  2. حساب كثافة التعبئة لوسائط الإعلام بالمعادلة التالية:
    
    حيث هو كثافة التعبئة لوسائط الإعلام و هو الكتلة من وسائط الإعلام (لهذه الوسائط، حسبت الكثافة لتكون 1649 ).
2. تفعيل نظام اهتزازي بتوصيله مقبس الطاقة الكهربية (هذا النموذج لديه خياران، 1) قم بتوصيل الجدار أو 2) تشغيل جهاز ضبط الوقت يعلق على الوقوف). تنشيط البيانات اقتناء البرمجيات على جهاز الكمبيوتر عن طريق الضغط على السهم "ابدأ" على المستخدم كتابة البرنامج وجمع البيانات لمدة 1 دقيقة. تسريع البيانات كل عرض من أجل المراجعة الفورية (في كل من المجال الوقت والمجال التردد) وتخزينها تلقائياً إلى ملف.csv لتجهيز المحتملة. قم بإلغاء توصيل الوحدة من مأخذ التيار الكهربائي لإلغاء تنشيط نظام اهتزازي.
3. إضافة الوسائط إلى وعاء اهتزازي.
4. إعداد مركبة، تتألف من 3880 مل من المياه و 120 مل من الانتهاء من حل (المجلد 3%) (FC) مركب. تعيين مضخة تمعجية إلى 1.9 لتر/ساعة (سرعة تدوير الاتصال الهاتفي إلى 27 لتحقيق معدل تدفق هذا)، ولكن لا تبدأ التدفق. وهذا يضمن أن الحل هو تعميم لا، ولكن غير كافية للحفاظ على وسائل الإعلام الرطب. (هذا الحل حل تشطيب اهتزازي استخداماً). الحل بمثابة عامل التشحيم ويضمن وسائل الإعلام لا العصا معا أو ارتداء أسفل أثناء الإجراء.
5. تفعيل نظام اهتزازي بتوصيله مقبس الطاقة الكهربية. جمع بيانات التسارع على النحو المحدد في الخطوة 1.2.2. قم بإلغاء توصيل الوحدة من مأخذ التيار الكهربائي لإلغاء تنشيط نظام اهتزازي.

2-عالية السرعة التصوير

ملاحظة: للحبوب السرعة القياسات الميدانية، التي تم الحصول عليها بتصوير جزء من سطح الفرن الحبوب المتدفقة، وفي مجال التصوير، figure-protocol-7 يناظر حقل الرؤية (FOV) تحديد في الخطوة 2.2.4 أدناه. قياس الوقت متفاوتة، يمكن الحصول على سرعات الحبوب الفردية (على السطح كومة) عن طريق اختيار منطقة فرعية صغيرة، ثابتة، figure-protocol-8 ، وداخل figure-protocol-9 فيها، كما هو مفصل أدناه، figure-protocol-10 هي حدود المنطقة المتوقعة الحبوب الفردية.

إعداد كاميرا عالية سرعة (الكاميرا لديه القرار 1504 x 1128 تصل إلى 1,000 الإطارات في الثانية (fps)) التقاط الصور بوضعه على ترايبود أو بناء إطار جامد مع عدسة عمودي على السطح مفتوحة نظام اهتزازي (عندما يكون الوعاء أنجليس لفات تينغ) كما هو مبين في الشكل 1. هذا الإطار الجامد هو منفصل عن نظام الذبذبات ويضمن أن لا تؤثر على الاهتزازات من النظام التصوير.
1. إرفاق عدسة مناسبة لمجال التكامل المنشود السطحية والقرار. للوضع الراهن، استخدم مع عدسة تكبير 18-250 مم، ونسبة عدسة 1:3.6-6.3. إرفاق إمدادات الطاقة، ونظام تحديد المواقع الهوائي للكاميرا. إرفاق الكاميرا إلى الكمبيوتر باستخدام كابل CAT5. مكان الكاميرا حتى نهاية العدسة حوالي 550 ملم فوق السطح لوسائط الإعلام.
  ملاحظة: وضع الكاميرا قريبة جداً من وسائل الإعلام سوف يسبب زيادة تأثيرات الحافة ووضع الكاميرا بعيداً جداً سوف تتسبب في الصور أن تكون داكنة جداً عملية. في المسافة المحددة، الأخطاء بسبب تأثيرات الحافة وانحناء الشاملة لمنطقة الاختبار < 2%.
2. إزالة غطاء العدسة والبدء في برنامج الكاميرا. عند تشغيلها، انقر فوق الزر "الكاميرات" ومن ثم انقر فوق موافق. عند ملء قائمة الكاميرا، حدد الكاميرا من القائمة وانقر فوق فتح.
3. في برنامج الكاميرا على جهاز الكمبيوتر، ضمن علامة التبويب "لايف"، انقر فوق الزر "لايف" (السهم الأزرق) لعرض فوف الكاميرا. بدوره على مصدر الضوء لإضاءة المنطقة تصويرها. يمكن أن يكون هذا أي الضوء الساطع طالما أنه ينير منطقة الاختبار بالتساوي. ويبين الشكل 1 في الكاميرا وتكوين الضوء فيما يتعلق بنظام اهتزازي.
4. لتحديد وتوقف، إلقاء نظرة على شاشة الكمبيوتر مع تيار مباشر من الكاميرا وضبط وتوقف إلى الإعداد الحد الأدنى (السطوع كحد أقصى). إذا تم تعيين وتوقف انخفاض، والنتيجة عمق ضحل من الميدان. إذا تم تعيين وتوقف إلى مرتفع، الشاشة مظلمة جداً. لهذه التجربة، تم تعيين وتوقف إلى 3.6.
5. ضبط البعد البؤري في العدسة لتوفير المطلوب فوف (210 ملم × 160 ملم لهذه القضية). لهذه التجربة، تعيين البعد البؤري في 180 ملم مع الكاميرا لتعيين 550 مم فوق سطح وسائط الإعلام. ويبين الشكل 2 أ فوف من خلال الكاميرا.
6. تكبير رقمياً إلى 500 X التكبير باستخدام برنامج الكاميرا. ضبط حلقة التركيز على العدسة لأفضل التركيز البصري. العودة الرقمية التكبير/التصغير إلى 100% (العرض العادي).
7. تحت "حيازة الإعدادات الموجودة" على الكمبيوتر، انقر فوق "معدل [هرتز]" وتعيين إلى 500 من إطارات في الثانية الواحدة.
  ملاحظة: من أجل حل ديناميات التصادم الحبوب-مقياس الوقت، ، يجب أن تكون على الأقل حجم أكبر من تواتر الاهتزاز المفروضة، (هنا، هرتز)
8. قبل التقاط الصور، وضع مقياس قضت في مجال الرؤية؛ وهذا يوفر مقياس طول لمعالجة بيانات الصور اللاحقة. تحت "إعدادات الحصول" على برنامج الكاميرا، حدد علامة التبويب "السجل" تحت "لايف". تعيين "تسجيل وضع" إطارات "دائري" وتعيين إلى 1. انقر فوق دائرة حمراء تحت علامة التبويب "حية" لتسجيل صورة واحدة كما هو مبين في الشكل 2.
9. حفظ الصورة المكتسبة كملف TIFF إلى موقع دليل ملف مناسب (مثل محرك الأقراص الصلبة الخارجية) بواسطة النقر فوق "ملف"، ومن ثم انقر فوق "حفظ المقتنيات". سوف يظهر مربع حوار خيارات متعددة. بجوار نوع الملف في مربع الحوار، حدد.tiff من القائمة المنسدلة.
  1. حدد علامة التبويب "خيارات التحميل" في الجزء السفلي من مربع الحوار وانقر فوق "استعراض". في الجزء العلوي من مربع الحوار، إضافة اسم المجلد من أجل الاختبار. في مربع الحوار "استعراض"، البحث عن واختيار الموقع المطلوب (مثل محرك الأقراص الصلبة الخارجية) والمجلد المناسب. مرة واحدة وقد تم اختيار مجلد، انقر فوق "موافق" ثم "حفظ". سوف يظهر مربع مدير تحميل. سوف يبدأ الملف نقلها وحفظها في موقع الملف المحدد في مجلد فرعي 001. مرة واحدة وقد نقل الصورة، مربع حالة "Done" سوف تظهر على الشاشة.
  2. حذف الصور من الكاميرا بواسطة النقر فوق الزر حذف أحمر.
    ملاحظة: يمكن أن يكون مؤقتاً البروتوكول هنا.

3-جمع البيانات

ملاحظة: إذا تم إيقاف البروتوكول، الكاميرا سوف تحتاج إلى إعادة تشغيل. اتبع الخطوة 3.1. إذا لم تم الإيقاف المؤقت للبروتوكول، تخطي إلى الخطوة 3.1.2.

بدء تشغيل برنامج الكاميرا وقم بتشغيل الإضاءة كما هو محدد في الخطوة 2.
1. مع تنشيط برنامج الكاميرا، التحقق من ظروف الإضاءة وتشغيل مباشر كما هو مفصل في خطوة 2.2.2. لضمان التركيز السليم.
2. اختيار مجموع وقت تشغيل تجريبي،
  ملاحظة: يجب أن تطابق المتطلبات المتنافسة اثنين: ط) يجب أن تكون طويلة بما يكفي أن الحبوب ثابتة إحصائيا تدفق الشروط المحددة، والثاني) لا ينبغي أن يكون وقتاً طويلاً فيما يتعلق بإنتاج كميات كبيرة من بيانات زائدة عن الحاجة. يجب تحديد مقياس الوقت التي تظهر ظروف ثابتة بالتجربة والخطأ. يمكن استخدام أساليب مختلفة، متفاوتة من الصرامة،. سبيل، ط) التأكد من أن سرعة الحبوب متوسط الوقت في نقطة ثابتة، أو في نقاط ثابتة متعددة، تصل إلى حجم ثابت اسمياً أو مقادير أو الثاني) أن تكفل، بالإضافة إلى وسائل ثابتة، الفروق المقابلة أيضا تحمل اسمياً الثابتة مقادير. لهذه التجربة، تم جمع البيانات ل 10.12 s، المقابلة للحصول على إطارات 5060. تعيين الشروط المطردة في تدفق الحبوب بعد حوالي 1 ثانية.
تنشيط وعاء اهتزازي.
1. نشر 150 مل مجمع التشطيب/التشحيم (الخطوة 1.2.4) بالتساوي حول وعاء لتقديم ترطيب الأولية لوسائط الإعلام؛ ومن ثم ضع إبريق مع المتبقية مجمع على الكلمة بخرطوم يعلق على مضخة تمعجية. تنشيط مضخة تمعجية (كما في الخطوة 1.2.4) عن طريق التقليب التبديل من "إيقاف" إلى "عقارب الساعة".
2. تشغيل وعاء اهتزازي بتوصيله بمقبس الطاقة الكهربية والانتظار على الأقل دقيقة واحدة لضمان حتى التبول ومطرد حركة السوائل في جميع أنحاء وسائل الإعلام (حركة السوائل مطردا يحدث عندما يكون تدفق السائل إدخال الوعاء من مضخة تمعجية مساوية تقريبا لتدفق السائل استنزاف من استنزاف السلطانية.
التقاط الفيديو وجمع البيانات.
1. مرة واحدة يصل السائل إلى الحركة ثابتة (الخطوة 3.2.2)، تحريك الكاميرا بالنقر على أيقونة سجل أحمر على شاشة الكمبيوتر، وثم انقر فوق علامة حمراء الزناد للصور سجل الوقت المختار المدة، . سوف تسجل الكاميرا الصور للمحدد وحفظ تلك الصور إلى الذاكرة الداخلية الخاصة به. الشكل 2 أ مثال لصورة واحدة من بين مجموعة من الصور 5060 المتخذة.
2. حالما يتم جمع البيانات، إيقاف نظام اهتزازي بتوصيله من مأخذ التيار الكهربائي وتعطيل مضخة تمعجية من التقليب التبديل من "عقارب الساعة" إلى "إيقاف التشغيل".
  ملاحظة: يمكن أن يكون مؤقتاً البروتوكول هنا.

4-معالجة بيانات الفيديو مع PIV

تحضير صور كاميرا عالية السرعة لتجهيز PIV.
1. حفظ الصور المكتسبة كملفات TIFF باتباع الإجراءات الموضحة في الخطوة 2.1.9. (في النظام الحالي، جمعت 5060 إطارات الصور أكثر 10.12 s يأخذ أكثر من ساعة لنقل). حالما يتم نقل الصور، وسوف تظهر مربع حالة "Done" على الشاشة. سيتم حفظ الملفات في نفس الدليل كملف المعايرة في مجلد فرعي اسمه 002. حذف الصور من الكاميرا.
2. تحويل الصور الملونة إلى صور رمادية لتمكين معالجة البرامج PIV. تحميل الصور في برامج تحليل البيانات باستخدام وظيفة "imread()". تحويل نسخة من الصور باستخدام الدالة "rgb2gray()"، وحفظ وكتابة هذه الصور الجديدة إلى مجلد جديد باستخدام الدالة "imwrite()".
  ملاحظة: هذه الدالة تحليل العملية والبيانات المتوفرة لأنواع متعددة من برامج تحليل البيانات وكتبها الباحث كبرنامج كامل. الشكل 2 (ج) مثال صورة أسرع في بعد أن تم تحويلها إلى درجات الرمادي وتم معالجتها بواسطة PIV.
استخدام البرمجيات PIV لحساب حقول السرعة.
1. استخدام معالج استيراد لاستيراد مجموعة الصور الرمادية كصور إطار واحد إلى بيئة البرامج PIV. بدء عملية الاستيراد عن طريق النقر على "ملف"، ومن ثم حدد "استيراد" و "استيراد الصور". سوف يظهر مربع الحوار معالج استيراد الصورة. اختر خيار استيراد "إطار واحد" من القائمة وانقر فوق الزر "إضافة الصور". حدد صورة المعايرة، وانقر فوق "فتح"، الذي يضيف الصورة إلى مربع الحوار "استيراد إلى الصور" قائمة. عند استيراد الصور وإضافة الصورة المعايرة (الخطوة 2.1.9) أولاً حيث تكون الصورة أعلى في قائمة الاستيراد. انقر فوق الزر "إضافة الصور" مرة أخرى وتسليط الضوء على جميع بيانات الصور، وانقر فوق "فتح" لإضافتها إلى مربع الحوار "استيراد إلى الصور". انقر فوق "التالي" عندما يتم تحديد كافة الصور المطلوبة. إدخال إعدادات الكاميرا المستخدمة، وتشمل الملعب بكسل ومعدل الإطار في مربعات الحوار. انقر فوق "التالي" ثم "إنهاء" لإكمال عملية الاستيراد.
2. فصل الصورة المعايرة من مجموعة الصور وطول الإدخال مقياس المعلمات إلى البرنامج PIV.
  1. إذا لم يتم عرض قائمة المحتويات الفعل، الحق فوق مجموعة الصور المستوردة وحدد "إظهار قائمة المحتويات" على الجانب الأيسر من الشاشة في شجرة قاعدة البيانات. تحمل الصورة المعايرة كان أول صورة تم استيرادها، الحق فوق الصورة الثانية في القائمة وحدد "انقسام فرقة من هنا". سحب وإسقاط الصورة التي تم إنشاؤها حديثا تعيين (التي تحتوي على صورة المعايرة فقط) إلى الموقع الموجود على اليسار الشاشة المسمى "المعايرة الجديدة".
  2. الحق انقر فوق تعيين الصورة الموضوعة حديثا المعايرة وحدد "عامل مقياس قياس". عندما تظهر الصورة المعايرة على الشاشة، ضع علامات "ألف" و "باء" في صورة المسطرة (أو كائن آخر لمعرفة حجم إذا لم تستخدم المسطرة) وإدخال المسافة بين العلامات في مربع النص "المسافة المطلقة". انقر فوق "موافق" في مربع الحوار "عامل مقياس قياس"، الذي سيتم حفظ إعدادات المعايرة وإغلاق مربع الحوار والصورة المعايرة.
3. إنشاء مجموعة من أزواج الصورة عن طريق تحديد مجموعة صورة تم استيرادها وانقر فوق "تحليل". بعد ذلك حدد "جعل إطار مزدوج" من قائمة أساليب التحليل المتاحة. اختر "(1-2 و 2-3 3-4،... (N-1) نقراً مزدوجاً الصور) "أسلوب الخيار.
  1. افتح أي صورة في مجموعة الصور (باستثناء صورة المعايرة) وانقر على الحق في الصورة وحدد "كثافة الجسيمات". عرض مربع حوار الاعتراف بالجسيمات وسوف تظهر على الشاشة. وسوف تظهر أسرع نظراً لمنطقة لتحقيق. انقر فوق علامة التبويب إعدادات في مربع الحوار هذا، وتغيير "منطقة حجم المسبار" حتى الحد ني جسيمات 3 تعتبر دائماً في مجال التحقيق. هذا الحجم مجال التحقيق سيكون حجم منطقة الاستجواب بإدخاله في الخطوة 4.2.5.
4. استخدم الأمر "تحليل" على الصورة المحددة لاختيار PIV معالجة خوارزمية ومعلمات مقترنة. حدد أسلوب "التكيف الارتباط" وتحديد منطقة بكسل التي سوف تستخدم لتعريف ناقل في الفضاء في خطوة 4.2.5. (هذه العملية بتقسيم الصور إلى شبكة بكسل ن × ن "المناطق الاستجواب")
5. تعيين حجم منطقة الاستجواب بتحديد علامة التبويب "المناطق الاستجواب" وتحديد أي من أحجام مجال الاستجواب المتاحة بين الحد الأدنى من 8 بكسل والحد الأقصى 256 بكسل (لكان استخدام هذا الأسلوب، 32 بكسل بكسل 32). أدخل القيمة المحددة في الخطوة 4.2.3.1.
  1. لزيادة كثافة ناقلات تم إنشاؤها، إضافة الاستجواب منطقة "تداخل" النسبة المئوية عن طريق اختيار التداخل 0% أو 25% أو 50% أو 75% من القائمة المنسدلة.
6. إجراء تحليل المؤدية إلى الحبوب قياس السرعة الحقل عن طريق تحديد "موافق" في مربع الحوار "ارتباط التكيف". وستبدأ النظام التحليل. كما النظام معالجة البيانات، ستظهر خريطة الموجه الأولى على الشاشة. فحص حقول السرعة عدة أولاً لتحديد إذا كانت تبدو مرضية بالسرعة المقدرة والاتجاه كما هو موضح في الشكل 2 (ج). إذا لم يظهر الحقل سرعة واقعية، إلغاء الدورة التحليل، كرر الخطوة 4-2-4، وتغيير إعدادات تحليل. (عند اكتمال التحليل، حقل فيكتورينج، التي تمتد فوف، سيتم إنشاء لكل زوج الصورة في المجموعة (الخطوة 4.2.3)). يبين الشكل 2 (ج) حقل مكافحة ناقلات مرض مثال أثناء عملية التحليل التي قد تم مضافين على صورة اللون رمادي.
  ملاحظة: لكل مجال الاستجواب بكسل ن × ن، البرنامج PIV يقارن نمط شبه جرين-مقياس النقاط المضيئة داخل منطقة الاستجواب ضد أنماط المقابلة في الصورة التالية. من هذه المقارنة، يحدد البرنامج PIV متجه تشرد بلغ متوسط المساحة، ، وأخيراً، بتقسيم بزيادة وقت بين الإطارات، ، سرعة منطقة المتوسط، حيث يشير إلى مجال الاستجواب . وفي التجارب الحالية، كل مجال الاستجواب تتألف من س ن ن = 32 × 32 بكسل؛ وكان العدد الإجمالي للمناطق الاستجواب تقسيم كل 210 ملم × 160 ملم فوف هكذا 47 × 35، تناظر 1504 x 1128 بكسل.

5-معالجة البيانات الذبذبات

ملاحظة: الخطوة 5 قد يجري في وقت واحد مع الخطوة 4 إذا كان يتم استخدام أنظمة الكمبيوتر المختلفة أو برمجيات التحليل.

فتح برامج تحليل البيانات وإفراغ البيانات التي تم الحصول عليها عندما كان وعاء اهتزازي باستخدام الدالة "load()" لتحقيق في التسارع (الخطوة 1.2.2). القيام بتحويل فورييه سريع البيانات باستخدام الدالة "الاتحاد". قم بإنشاء شكل للبيانات باستخدام الدالة "المؤامرة". كرر مع البيانات التي تم الحصول عليها عندما كان وعاء اهتزازي وسائل الإعلام الحالية (الخطوة 1.2.5).
ملاحظة: هذه الدالة تحليل العملية والبيانات المتوفرة لأنواع متعددة من برامج تحليل البيانات وكتبها الباحث كبرنامج كامل.
1. من أجل دراسة العمليات هيدرودينامية الجزيئية، عددا من عمليات معالجة البيانات مطلوبة عادة. راجع المقاطع الممثل النتائج ومناقشتها أدناه للخطوط العريضة لإجراءات المعالجة الرئيسية؛ انظر كيانيني، وآخرون. (2017) ¹² لمزيد من التفاصيل حول كيفية قياس PIV بيانات يمكن استخدامها لاستخراج المعلومات الديناميكية في نظم هيدرودينامية الجزيئية.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في تقديم النتائج التمثيلية، نشير إلى عمليات متوالية-مقياس الوقت كتلك الملحوظة والمتوقعة على مدى فترات زمنية، figure-results-1 التي فترة طويلة بالنسبة لمقياس الوقت تصادم الحبوب المميزة، figure-results-2 figure-results-3 و الجسيمات-الوقت-مقياس عمليات كتلك التي لاحظت وتوقع على مدى فترات زمنية،

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

من أجل استخدام أكوام الحبوب صدى النظير العيانية للتحقيق في عمليات هيدرودينامية الجزيئية، experimentalist يجب من ناحية، تعلم واستخدام القياسات الأساسية الأربعة وأخرى، السيطرة على بعض العناصر الأساسية للتوازن و الميكانيكا الإحصائية غير متوازنة. التركيز أولاً على القياسات التجريبية، وهذه تشمل: ط) قياس ديناميات الحبوب الفردية من خلال قياس سرعة الجسيمات أحادية ترابط تلقائي وظيفة، ثانيا) قياس سرعة الحبوب السطحية في المتوسط/الطويل-الوقت-مقياس الوقت الحقول، وثالثاً) قياس اللزوجة فعالية وسائل الإعلام الحبوب، ورابعاً) قياس الأطياف...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

هذا العمل كان يدعمها "مكتب الأبحاث البحرية" (ONR N00014-15-1-0020) [Tkacik وكينيني] وفي جامعة نورث كارولينا في شارلوت في "رياضة السيارات البحوث مختبر لتلميع" وسائل الإعلام قد تبرعت بها روسلر.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
وعاء تلميع اهتزازي	Raytech	AV-75
مقياس التدفق	مضخات التمعجية	913 Mity Flex
Scale	Pelouze	4040
مقياس التسارع ثلاثي المحاور	ثنائي الفينيل متعدد الكلور Piezotronics	ثنائي الفينيل متعدد الكلور 356B11	مقياس التسارع مع مكيف إشارة الاستشعار
الحصول على البيانات الكمبيوتر	IBM	Thinkpad	مستخدم مع ارتفاع كاميرا السرعة
كاميرا عالية	Redlake	Motionxtra HG-XR
عدسة تكبير	Tamron	موديل A18	18-250mm F / 3.5-6.3 ؛
عالية الكثافة ضوء	ARRI	EB 400/575 D
كمبيوتر معالجة البيانات Dell		Dell Precision Tower 7910
PIV Software	Dantec Dynamics	Dynamic Studio 2013	الإصدار 3.41.38
أجهزة الحصول على البيانات	الأدوات الوطنية	SCXI	SCXI-1000 Chasis مع بطاقة SCXI 1100 و SCXI 1303
برنامج الحصول على بيانات	National Instruments	Labعرض 2012
برامج معالجة البيانات	MATHWORKS	MATLAB
تلميع وسائل الإعلام	Rosler	RSG 10 / 10S	أنواع وسائط متعددة مستخدمة (مختلطة ، كروية ، مثلثة)
محلول تلميع	Rosler	FC KFL (3٪)	محلول صابون 3٪ مع مقياس مائي
	أدوات سويسرية دقيقة	13-911-3
أسطوانة متدرجة	601082		علمي عالمي

السرعة المحول

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Berne, B. J., Pecora, R. Dynamic Light Scattering. , John Wiley and Sons Ltd. (1976).
Boon, J. P., Yip, S. Molecular Hydrodynamics. , McGraw-Hill. (1980).
Brown, J. C., Pusey, P. N., Goodwin, J. W., Ottewill, R. H. Light scattering study of dynamic and time-averaged correlations in dispersions of charged particles. J. Phys. A: Math Gen. 5 (8), 664-682 (1975).
Wainwright, T. E., Alder, B. J., Gass, D. M. Decay of time correlations in two dimensions. Phys. Rev. A. 4, 233-236 (1971).
Evans, D. J., Morriss, G. P. Statistical Mechanics of Nonequilibrium Liquids. , ANU E Press. (2007).
Levesque, D., Verlet, L. Computer "experiments" on classical fluids, III. time-dependent self correlation functions. Phys. Rev. A. 2, 2514-2528 (1970).
Levesque, D., Ashurst, W. T. Long-time behavior of the velocity autocorrelation function for a fluid of soft repulsive particles. Phys. Rev. Lett. 33, 277-280 (1970).
Lovesey, S. W. Dynamics of solids and liquids by neutron scattering. Lovesey, S. W., Springer, T. , Springer-Verlag. (1977).
Forster, D. Hydrodynamic fluctuations, broken symmetry, and correlation functions. , Perseus. (1990).
Mountain, R. D. Generalized hydrodynamics. Adv. Mol. Relax. Processes. 9, 225-291 (1977).
Zwanzig, R. Time-correlation functions and transport coefficients in statistical mechanics. Ann. Rev. Phys. Chem. 16, 67-102 (1965).
Keanini, R. G., et al. Macroscopic liquid-state molecular hydrodynamics. Sci. Rep. 7, 41658(2017).
Kushick, J., Berne, B. J. Role of attractive forces in self-diffusion in dense Lennard-Jones fluids. J. Chem. Phys. 59 (7), 3732-3736 (1973).
Mullany, B., et al. The application of computational fluid dynamics to vibratory finishing processes. CIRP Annals. , (2017).
Fleischhauer, E., Azimi, F., Tkacik, P. T., Keanini, R. G., Mullany, B. Application of particle imaging velocimetry (PIV) to vibrational finishing. J. Mater. Process. Technol. 229, 322-328 (2016).
Navare, J. Experimental and computational evaluation of a vibratory finishing process. , University of North Carolina at Charlotte. Charlotte, NC. MSME thesis (2017).
Bolmatov, V., Brazhkin, V., Trachenko, K. The phonon theory of liquid thermodynamics. Sci. Rep. 2, 421(2012).
Elton, D. C., Fernandez-Serra, M. The hydrogen-bond network of water supports propagating optical phonon-like modes. Nat. Commun. 7, 10193(2016).
Pathria, R. K., Beale, P. D. Statistical mechanics. , 3rd ed, Elsevier. (2011).
Gibbs, J. W. Elementary principles in statistical mechanics. , University Press. (1902).
Toda, M., Kubo, R., Saito, N. Statistical physics I. , 2nd ed, Springer-Verlag. (1992).
Kubo, R. Statistical mechanical theory of irreversible processes. I. J. Phys. Soc. Japan. 12, 570-586 (1957).
Kubo, R., Toda, M., Hashitsume, N. Statistical physics II: nonequilibrium statistical mechanics. , Springer. (1991).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

أسلوب عيانية تناظرية لدراسة العمليات هيدرودينامية الجزيئية في كثافة الغازات والسوائل

في هذه المقالة

ملخص

الملخص

المقدمة

البروتوكول

النتائج

المناقشة

الإفصاحات

شكر وتقدير

المواد

المراجع

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

مقالات ذات صلة