Name: Film-Kontrolle, Beiträge der Wellen zu Tröpfchen Auswirkungen Dynamik auf dünnen fließt Flüssigkeitsfilme zu studieren (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-18T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 8 s
Description: Erfahren Sie die Dynamik von Tropfenaufprall auf dünnen Flüssigkeitsfilmen mit Hochgeschwindigkeitsbildgebung. Diese Methode ermöglicht die Untersuchung kurzzeitiger Phänomene und Welleninteraktionen in der Strömungsmechanik.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Diese Arbeit wurde von der Erdöl-Technologie-Entwicklungsfonds (PTDF, Nigeria) und das Engineering und Physical Sciences Research Council, UK, durch das Programm Grant MEMPHIS (Grant-Nummer EP/K003976/1) gesponsert. Die Autoren schätzen auch fruchtbare Gespräche mit Dr. Zhizhao Che.

(1) experimentelle Rig Setup
Hinweis: Siehe Abbildung 1.
<ol><li>
Fallende Film-Einheit
	<ol>
<li>Beginnen Sie mit die Substratoberfläche (Glas) mit einem sauberen, weichen Tuch reinigen. Stellen Sie sicher, dass kein Schmutz auf die Oberfläche eingehalten wird, die die flüssigen Eigenschaften verändern würde.</li>
		<li>Legen Sie den Drehpunkt des dem Glassubstrat auf den gewünschten Neigungswinkel. Einem Neigungswinkel β von 15˚ wurde in dieser Arbeit verwendet.</li>
		<li>Die elektrische Pumpe einschalten und sorgen für einen normalen flüssigen auf der filmoberfläche weiter das Glassubstrat reinigen. Für diese Arbeit war die Testflüssigkeit deionisiertes Wasser.</li>
		<li>Stellen Sie sicher, dass die gesamte Oberfläche des Substrates benetzt ist.</li>
		<li>Der Film-Volumenstrom mit dem Flow-Meter zu messen. Für diese Arbeit wurde die Fließgeschwindigkeit variiert zwischen 1.667 x 10-3 und 10 x 10-3 m3/s mit dem entsprechenden Film Reynolds-Zahl Re = ρq/Wµ, zwischen 55,5 und 333. w ist die sinkende Folienbreite, 0,30 m.</li>
		<li>Nach und nach Einstellen der Ventile auf die Fluss-Verbindung, die gewünschte Durchflussgeschwindigkeit auf dem Glassubstrat zu erhalten.</li>
		<li>Passen Sie den Satz von Mikrometer Schritt am Film Einlauf auf den entsprechenden Nusselt Film Dicke Wert für die gewählte Durchflussmenge einen hydraulischen Sprung an Film Einlauf oder eine Rückströmung der Luft in der verteilerkammer zu vermeiden.</li>
		<li>Manuell siphon alle Luft in der verteilerkammer eine gleichmäßige Strömung flussabwärts auf der filmoberfläche zu erhalten.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Film-Steuergerät
	<ol>
<li>Sicherstellen Sie, dass das Magnetventil über ein Relais nicht selbsthaltend über eine Datenkarte für den Erwerb (DAC) der Funktionsgenerator verbunden ist.</li>
		<li>Schalten Sie das Magnetventil und der Funktionsgenerator.</li>
		<li>Der Funktionsgenerator auf die gewünschte zwingen Frequenz eingestellt. In dieser Arbeit wurden die Frequenzen von 2 bis 3 Hz verwendet.</li>
		<li>Wählen Sie das gewünschte Welle Signal (Sinus, Sägezahnschwingung, quadratische Welle, etc.). In dieser Arbeit wurde ein Sinus-Signal verwendet. Abbildung 2A und 2 b zeigen den Kontrast zwischen einer unkontrollierten und kontrollierten Film.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Tröpfchen-Generation-system
	<ol>
<li>Wasser gefüllten Spritze sauber Kunststoffschlauch zuordnen.</li>
		<li>Legen Sie die Spritze in die tropfengenerators.</li>
		<li>Befestigen Sie eine Spritzennadel einer gewählten Größe (abhängig von der gewünschten Tropfendurchmesser) an das andere Ende der Kunststoffschlauch. Die Tröpfchen Durchmesserbereich studierte war zwischen 0,0023, 0.0044 m.</li>
		<li>Die Fallhöhe des Tropfens oberhalb der filmoberfläche anpassen. In dieser Arbeit die Fallhöhe Herbst war variierte von 0,005 bis 0,45 m, was Auswirkung Geschwindigkeit zwischen 0,30 ± 0,02 - 2.96 ± 0,06 m/s.</li>
		<li>Ebenso setzen Sie die streamwise Auftreffpunkt des Tropfens aus dem Film. Dies wurde eingerichtet um 0,3 m in dieser Arbeit um sicherzustellen, dass die Wellen vor Auswirkungen wohlgeformt sind.</li>
		<li>Legen Sie eine gewünschte Durchflussgeschwindigkeit für die Spritzenpumpe.</li>
		<li>Passen Sie den Durchfluss um ein Tröpfchen Generation Frequenz größer als die Wellenlänge der Wellen gebildet auf der filmoberfläche zu erreichen; um sicherzustellen, dass Tropfen nacheinander in verschiedenen Regionen des kontrollierten Films eingreifen. Siehe Abbildung 2; mit einer Erweiterung einer singulären Wellenform in Abb. 2D , die Unterschiede in das strömungsbild unter jede Region19,20zeigen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
High-Speed-imaging-setup
	<ol>
<li>Legen Sie die Kamera auf ein Stativ (oder jede andere geeignete Anordnung).</li>
		<li>Wählen Sie das Makro-Objektiv mit gewünschte Brennweite und an die Kamera anschließen.</li>
		<li>Die High-Speed-Kamera einschalten und direkten Fokus auf der filmoberfläche zu gewährleisten. Richten Sie die Kamera auf 7˚ und 12˚ horizontale und vertikale Abweichungen bzw. auf der Folienoberfläche. Das gibt ein ausgezeichnetes Seitenansicht Bild des Prozesses Auswirkungen, was zu einer Auflösung von 67,5 µm/Pixel und 46,6 µm/Pixel in Richtung streamwise und spanwise bzw..</li>
		<li>Stellen Sie den Fokus der Kamera-Linse (bei der größten Blende) mithilfe einer Kalibrierung genau auf die Tröpfchen Auswirkungen vor Ort gelegt.</li>
		<li>Sobald ein scharf gewonnen worden sind, reduzieren Sie die Blende um sicherzustellen, dass nur eine kleine Menge von Licht die Kamera betritt.</li>
		<li>Stellen Sie die gewünschte Framerate, Auflösung und Verschlusszeit der High-Speed-Kamera. Eine Frame-Rate von 5000 bps, 800 x 600 Auflösung, Blende Größe 1/16 und eine Verschlusszeit von 1 µs wurden in dieser Arbeit verwendet.</li>
		<li>Legen Sie die leichte Diffusor vor der Lichtquelle, wie in Abbildung 1dargestellt, um sicherzustellen, dass das Licht gleichmäßig in der gesamten bildgebenden Region verbreitet ist.</li>
		<li>Schalten Sie die Lichtquelle, die einheitliche Verbreitung des Lichts über die imaging-Bereich zu bestätigen.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Kalibrierung
Hinweis: Siehe Abbildung 3.
<ol><li>Legen Sie ein Lineal in Strömungsrichtung Film (genau an der Stelle des Aufpralls) und erhalten Sie Momentaufnahmen der Messpunkte auf der filmoberfläche zu.</li>
	<li>Wiederholen Sie 2.1 aber mit dem Lineal in die spanwise Richtung.</li>
	<li>Mithilfe der oben genannten um räumlichen Auflösungen auf der filmoberfläche zu erhalten.</li>
</ol>(3) video-Aufzeichnung und Datenerfassung
<ol><li>Sobald Film fließen auf dem Prüfstand besteht, beginnen Sie die Spritzenpumpe und beobachten Sie die Wirkung der Tropfen Tropfen auf der filmoberfläche.</li>
	<li>Starten Sie der Funktionsgenerator und beobachten Sie die Produktion von raumzeitlich regelmäßige Wellen auf der filmoberfläche.</li>
	<li>Sicherstellen Sie, dass die aufeinanderfolgenden Tropfen sind Auswirkungen auf die verschiedenen Regionen von der kontrollierten Folienoberfläche.</li>
	<li>Beobachten, die Post-Triggerung Anzahl Rahmen und legen Sie diese auf etwa die Hälfte der Videolänge, die Auswirkungen angemessen zu erfassen.</li>
	<li>Schalten Sie die Lichtquelle und Auslöser der Bildaufnahme, sobald sich der Fall.</li>
	<li>Schalten Sie die Lichtquelle sobald Bildaufnahme nicht überhitzen des flüssigkeitsfilms abgeschlossen ist.</li>
	<li>Visuelle Analyse des erhaltenen Snapshots auf dem Computerbildschirm. Überprüfen Sie, ob die Auswirkungen auf eine Flachfolie, Kapillare Welle stattgefunden hat oder Welle Buckel Regionen.</li>
	<li>Schneiden Sie nach unten das Video zu dem Teil zeigt den Einfluss Prozess und speichern Sie Frame-Bereich in einem Video/Bild-Format.</li>
	<li>Wiederholen Sie die 3,5-3,8 und Datensatz individuellen Auswirkungen auf alle Regionen auf der filmoberfläche viz. einsamen Buckel, Kapillarwellen und Flachfolie.</li>
</ol>4. Bild-Nachbearbeitung und Analyse
<ol><li>Legen Sie ein Lineal in das Sichtfeld und berechnen Sie die räumliche Auflösung durch zählen, wie viele Pixel über 1 cm. mit der Kalibrierung Bild passen zu, erhalten Sie einen Skalierfaktor für Bild Dimension Messung.</li>
	<li>Vergleichen Sie die Ergebnisse des Prozesses der Auswirkungen auf die Regionen unterschiedliche Auswirkungen aus den High-Speed-Aufnahmen. Überprüfen Sie, bemerkenswerte Unterschiede.</li>
	<li>Mithilfe einer geeigneten MATLAB Bildverarbeitungs-Routine, die Eigenschaften Eigenschaften des Produkts des Prozesses Auswirkungen Messen: nämlich im Spritzwasser-Modus messen die Krone Höhe, Durchmesser, Wanddicke, Winkel, Krone gerichtete Richtung, Anzahl und Größe zu kippen Verteilung der ausgeworfene sekundäre Tröpfchen.</li>
	<li>Als 4.3 oben für die Low-Weber Auswirkungen ähnliche Quantitative Analysen durchführen. Anzahl der Pinch-off-Zeit des Satelliten fällt aus der Zeit-gerahmte Bilder und Messen der Apex Länge und Breite der Spalte in partiellen Koaleszenz vor Pinch-off von sekundären Tropfen gebildet. Messen Sie die Größe des ausgeworfenen sekundäre Tropfen. Die Anzahl der Kaskade in einem wiederholten Pinch-off-Prozess.</li>
	<li>Alle qualitative Unterschiede in den einzelnen Regionen zu beobachten.</li>
</ol>

<ol><li>Yarin, A. L. <a target="_blank" href="https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.fluid.38.050304.092144">Drop impact dynamics: Splashing, spreading, receding, bouncing….</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 38, 159-192 (2006).</li>
<li>Rein, M. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1016/0169-5983(93)90106-K/meta">Phenomena of liquid drop impact on solid and liquid surfaces.</a> Fluid Dynamics Research. 12 (2), 61-93 (1993).</li>
<li>Liang, G., Mudawar, I. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931016304136">Review of mass and momentum interactions during drop impact on a liquid film.</a> International Journal of Heat and Mass Transfer. 101, 577-599 (2016).</li>
<li>Dam, D. B., Le Clerc, C. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.1773551">Experimental study of the impact of an ink-jet printed droplet on a solid substrate.</a> Physics of Fluids. 16 (9), 3403-3414 (2004).</li>
<li>Worthington, A. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWorthington%2C+AM+%22A+study+of+splashes%22">A study of splashes</a>. , Longmans, Green, and Company. (1908).</li>
<li>Edgerton, H. E., Killian, J. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aEdgerton%2C+HE+%22Flash%21+Seeing+the+unseen+by+ultra-high-speed+photography%22">Flash! Seeing the unseen by ultra-high-speed photography</a>. , CT Branford Co. (1954).</li>
<li>Josserand, C., Thoroddsen, S. T. <a target="_blank" href="https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev-fluid-122414-034401">Drop impact on a solid surface.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 48, 365-391 (2016).</li>
<li>Kolinski, J. M., Mahadevan, L., Rubinstein, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lift-off+instability+during+the+impact+of+a+drop+on+a+solid+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Lift-off instability during the impact of a drop on a solid surface.</a> Physical Review Letters. 112 (13), 134501(2014).</li>
<li>Hobbs, P. V., Osheroff, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Splashing+of+drops+on+shallow+liquids%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Splashing of drops on shallow liquids.</a> Science. 158 (3805), 1184-1186 (1967).</li>
<li>Adomeit, P., Renz, U. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301932299000798">Hydrodynamics of three-dimensional waves in laminar falling films.</a> International Journal of Multiphase Flow. 26 (7), 1183-1208 (2000).</li>
<li>Blanchette, F., Bigioni, T. P. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/dynamics-of-drop-coalescence-at-fluid-interfaces/B66DFE98A0DC1B74FB892E614A503B39">Dynamics of drop coalescence at fluid interfaces.</a> Journal of Fluid Mechanics. 620, 333-352 (2009).</li>
<li>Wang, A. B., Chen, C. C. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1287511">Splashing impact of a single drop onto very thin liquid films.</a> Physics of Fluids. 12 (9), 2155-2158 (2000).</li>
<li>Che, Z., Deygas, A., Matar, O. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+droplets+on+inclined+flowing+liquid+films%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Impact of droplets on inclined flowing liquid films.</a> Physical Review E. 92 (2), 023032(2015).</li>
<li>Craster, R. V., Matar, O. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+and+stability+of+thin+liquid+films%5BTitle%5D)+AND+%22Reviews+of+Modern+Physics%22%5BJournal%5D)">Dynamics and stability of thin liquid films.</a> Reviews of Modern Physics. 81 (3), 1131(2009).</li>
<li>Adebayo, I. T., Matar, O. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Droplet+impact+on+flowing+liquid+films+with+inlet+forcing%3A+the+splashing+regime%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Droplet impact on flowing liquid films with inlet forcing: the splashing regime.</a> Soft Matter. 13 (41), 7473-7485 (2017).</li>
<li>Chang, H. H., Demekhin, E. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aChang%2C+HH+%22Complex+wave+dynamics+on+thin+films%22">Complex wave dynamics on thin films</a>. 14, Elsevier. (2002).</li>
<li>Liu, J., Gollub, J. P. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.868232">Solitary wave dynamics of film flows.</a> Physics of Fluids. 6 (5), 1702-1712 (1994).</li>
<li>Benjamin, T. B. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/services/aop-cambridge-core/content/view/S0022112057000373">Wave formation in laminar flow down an inclined plane.</a> Journal of Fluid Mechanics. 2 (6), 554-573 (1957).</li>
<li>Kalliadasis, S., Ruyer-Quil, C., Scheid, B., Velarde, M. G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKalliadasis%2C+S+%22Falling+liquid+films%22">Falling liquid films</a>. 176, Springer Science & Business Media. (2011).</li>
<li>Adebayo, I., Xie, Z., Che, Z., Matar, O. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Doubly+excited+pulse+waves+on+thin+liquid+films+flowing+down+an+inclined+plane%3A+An+experimental+and+numerical+study%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Doubly excited pulse waves on thin liquid films flowing down an inclined plane: An experimental and numerical study.</a> Physical Review E. 96 (1), 013118(2017).</li>
<li>Turitsyn, K. S., Lai, L., Zhang, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Asymmetric+Disconnection+of+an+Underwater+Air+Bubble%3A+Persistent+Neck+Vibrations+Evolve+into+a+smooth+Contact%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Asymmetric Disconnection of an Underwater Air Bubble: Persistent Neck Vibrations Evolve into a smooth Contact.</a> Physical Review Letters. 103, 124501(2009).</li>
<li>Miskin, M. Z., Jaeger, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Droplet+Formation+and+Scaling+in+Dense+Suspensions%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Droplet Formation and Scaling in Dense Suspensions.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109, 4389-4394 (2012).</li>
<li>Paulsen, J. D., Burton, J. C., Nagel, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Viscous+to+Inertial+Crossover+in+Liquid+Drop+Coalescence%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Viscous to Inertial Crossover in Liquid Drop Coalescence.</a> Physical Review Letters. 103, 114501(2011).</li>
<li>Royer, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Birth+and+growth+of+a+granular+jet%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Birth and growth of a granular jet.</a> Physical Review E. 78, 011305(2008).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts zu verzollen.

In diesem Abschnitt stellen wir ein paar Tipps notwendig um sicherzustellen, dass qualitative Ergebnisse erzielt werden, aus dem Protokoll. Erstens das Glassubstrat auf dem Flüssigkeitsfilm fließt komplett schmutzfrei dazu die Eigenschaften des flüssigkeitsfilms gehalten werden müssen bleiben kompromisslose. Dies ist möglich durch regelmäßige Reinigung (wahrscheinlich mit Hilfe eines geeigneten Reinigungsmittels und wischte über ein Tablett, Auflösung in das System zu vermeiden). Ebenso sollte eine regelmäßige Erneuerung der ganze Test-Flüssigkeit nach einigen experimentellen Runden, um exakte Ergebnisse zu gewährleisten.
Zweitens muss die Flüssigkeit verteilerkammer gut vernetzten und auch luftdicht um sicherzustellen, dass das abfließende Flüssigkeitsfilm einheitlich gehalten. Dies kann manuell Absaugen Luft aus dem Verteilerkasten vor jedem Experiment. Die Verwendung von Mikrometer-Schritten am Film Einlauf ist auch ratsam, auf die Lücke-Höhe am Film Einlass die genaue Schichtdicke vorhergesagt durch die Nusselt-Schätzung der Film Strömung an die entsprechenden Reynolds-Zahl eingestellt. Dies verhindert einen hydraulischen Sprung oder Rückfluss am Einlass.
Der Betrieb des Magnetventils muss immer auch geprüft und ordnungsgemäß festgestellt. Und zwar deshalb, weil eine entsprechende Pulsation des Flusses erforderlich ist, um die Produktion der erzwungenen Wellen zu gewährleisten. Dies könnte von der regelmäßigen klickendes Geräusch das Magnetventil sowie eine wahrgenommene Pulsation entlang der Anschlussrohre überprüft werden. Der flüssigen Durchfluss in die Spritzenpumpe muss auch sorgfältig eingestellt werden, um sicherzustellen, dass die Tropfen in gewissem tropft, Vermeidung von Pre-Beschleunigung vor dem ausgestoßen werden.
Entsprechende Kalibrierung der High-Speed-Kamera muss gewährleistet sein, um sehr genaue Ergebnisse zu erhalten. Die Blende muss auch unter Berücksichtigung von Parametern wie der Schärfentiefe, Belichtungszeit und Gesamthelligkeit des Bildes sorgfältig gewählt werden. Für die Kamera, während der Videoaufnahme auslösen müssen die Benutzer auch zu schätzen, wie viele Frames vor Auslösung aufgezeichnet werden soll. Dies kann mit Einzelpersonen, abhängig von der Drop Auswirkungen variieren, daher mehrere Test Tests zum üben vor dem tatsächlichen Messungen empfohlen werden. Ebenso muss die Lichtquelle richtig angeordnet und gut diffuse Schatten im Bild zu minimieren.
Es ist wichtig zu beachten und nicht vergessen, dass der Schwerpunkt der Studie die Beiträge von Wellen, um die Auswirkungen Dynamik der fallenden Tropfen, daher ist die Bildung von regelmäßigen Welle Strukturen wichtig, eine genaue Untersuchung der zugrundeliegenden Physik. In Szenarien, wo die Welle Strukturen schnell Übergang zum dreidimensionalen Strukturen beobachtet werden, ist es ratsam, dass der Neigungswinkel Substrat reduzierte14,19 , einen langsameren Übergang von der Welle Strukturen zu erleichtern werden .
Eine Einschränkung der Technik wird in Ermangelung eines Messgerätes, die Angabe der tatsächlichen momentanen Schichtdicke auf jede Region Auswirkungen beobachtet. Dies würde zusätzliche Details auf die insgesamt beobachteten Phänomene zur Verfügung gestellt haben.
Zusammenfassend lässt sich sagen kann das in diesem Bericht beschriebenen Verfahren auch verwendet werden, um einfache Welle Entwicklung Dynamik, zu studieren, während die High-Speed-imaging-System beschrieben auf viele Forschungsfelder mit schnelle Dynamik wie flüssigkeitstropfens Auseinanderbrechen21, angewendet werden können 22/coalescence23, granulare Düsen24, etc. wo wichtige Phänomene an einem Mikro Zeitrahmen eingehalten werden.

Tropfen ist ein sehr weit verbreitetes Phänomen in der Natur und zieht die Aufmerksamkeit von jedem neugieriger Beobachter1. Es stellt ein aktives Forschungsfeld durch seine zahlreichen Anwendungen, darunter sprühnebelkühlung Feuer-Unterdrückung, Inkjet-Druck, Spray-Beschichtung, Ablagerung von Lötzinn Unebenheiten auf Leiterplatten, die Gestaltung von Verbrennungsmotoren, Oberfläche reinigen und Zelle-Druck2. Die Anwendung erstreckt sich auch auf Landwirtschaft, z.B., Beregnung, Bewässerung und Pflanzenschutz Spritzen3,4. Wegweisende Arbeit stammt ausdem 19. Jahrhundert, mit der Arbeit von Worthington5, während große Fortschritte erst vor kurzem durch das Aufkommen von High-Speed-imaging6vorgenommen wurden . Seitdem wurden mehrere Studien durchgeführt; Verwendung unterschiedlicher Arten von Auswirkungen Oberflächen von Festkörpern7,8, flach,9 und tief flüssigen Pools10,11 , Dünnschichten12,13.
Trotz des großen Volumens der Forschung über Tröpfchen Auswirkungen auf flüssigen Oberflächen (d.h., flachen und tiefen Pools und ruhenden Filme), hat Auswirkungen auf die fließende dünne flüssigkeitsfilme nicht so viel Aufmerksamkeit erhalten. Darüber hinaus haben Studien bisher, die Beiträge der räumlichen Strukturen der Wellen zu Tröpfchen Auswirkungen Dynamik vernachlässigt.
In diesem Bericht stellen wir Ihnen ein detailliertes experimentelle Verfahren untersuchen die Tröpfchen Folgenabschätzung auf fließende Filme, deren Dynamik durch Einlass erzwingen der Flüssigkeitsstrom Rate beeinflusst werden; Im folgenden verweisen wir auf sie als "kontrolliert" Filme. Wir finden, dass diese haben zahlreiche Anwendungen in mehrphasigen Branchen (z. B. bei der Kühlung Türme, in Destillationskolonnen, und auch in den ringförmigen Strömungsregime zu beobachten, in zwei-Phasen-Strömungen), zumal Film Kontrolle, ein wichtiger Schritt in geworden ist die Intensivierung der Wärme- und Stofftransport in vielen Prozess Industrie14. Der interessierte Leser wird unsere bisherige Arbeit15 für mehr Details über die Ergebnisse unserer Forschung Bemühungen zu diesem bezeichnet.
Diese Anwendung der Frequenz Schwingungen der Einlass Durchflussmenge führt zur Bildung von regelmäßigen Wellen auf der filmoberfläche. Wir konzentrieren uns auf die solitäre Welle-Familie, die ist im Wesentlichen geprägt von schmalen Spitzen weit voneinander entfernt und eine Reihe von Front-Running Kapillarwellen16,17,18vorangestellt ist. Wir studieren das Ergebnis über die Auswirkungen der drei Hauptteile des einsamen Wellenstruktur zugeordnet: "Flachfolie" und "Welle Buckel" Front-Running "Kapillare Welle" Regionen. Wir vergleichen auch diese Ergebnisse mit denen unkontrolliert fließenden Filme zugeordnet. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die stochastische Natur der Welle Auftritt auf der unkontrollierten Film deutlich beeinflusst das Ergebnis der Tropfen Wirkung, mit den getrennten Regionen des kontrollierten Films zeigt auch neue Mechanismen, die wir haben detaillierte beide qualitativ und quantitativ.
In der bisherigen Papier-15mit dem gleichen Verfahren haben wir untersucht die Wirkung von Film Kontrolle über Tröpfchen Auswirkungen Dynamik in das Spritzwasser Regime. Die erzielten Ergebnisse zeigten sowohl quantitative als auch qualitative Unterschiede in der Krone-Morphologie (Höhe, Durchmesser, Wandstärke, Neigung und Richtung) sowie die Anzahl und Größe Verteilung der ausgeworfenen sekundäre Tröpfchen.
In diesem Bericht beschreiben wir die gestaltete Einrichtung um die entscheidende Rolle von diesen räumlichen Strukturen in der Tröpfchen Auswirkungen Dynamik und auch vorhanden prägnanten Details unserer Ergebnisse nicht nur in das Spritzwasser Regime, sondern auch für andere Ergebnisse der Tröpfchen zu verstehen Auswirkungen (nämlich springen, Rutschen, partiell/Total Koaleszenz). Befolgen Sie die unten beschriebene Standardprotokoll, kann die Wirkung von Film-Steuerelement auf das Droplet Auswirkungen Dynamik in reproduzierbarer Weise untersucht werden.

<table><tbody><tr><td>Funktionsgenerator</td><td>GW INSTEK</td><td>AFG 2005 Serie, Digital. Geo0852266</td><td>Erzeugt eine Vielzahl von Wellensignalen, die von Sinus-, Rechteck- bis hin zu Sägezahnwellen bei unterschiedlichen Frequenzen (0,1 Hz - 5 MHz) reichen.</td></tr><tr><td>Spritzenpumpe</td><td>Braintree Scientific Inc.</td><td>Bs-8000 /225540</td><td></td></tr><tr><td>Magnetventil</td><td>SMC-VXD</td><td>2142A. 0AE-5001</td><td>Serie-pilotgesteuertes-Relais mit zwei Anschlüssen</td></tr><tr><td></td><td>Takamisara</td><td>A5W-K. 154424C-03L</td><td></td></tr><tr><td>Elektrische Pumpe</td><td>Clarke SP</td><td>SPE1200SS 1</td><td></td></tr><tr><td>Durchflussmesser</td><td>RS Komponente</td><td>CYNERGY3 UF25B 14011600040110</td><td>Messbereich: 0,2-25 L/min</td></tr><tr><td>Mikrometerstufe</td><td>RS Komponente</td><td>Mikrometer Kopf</td><td>0,01 mm/0 -13 mm</td></tr><tr><td>Highspeed-Kamera</td><td>Olympus</td><td>I-SPEED 3.</td><td>Kann mit bis zu 100.000 Bildern pro Sekunde aufnehmen.</td></tr><tr><td>Lichtquelle</td><td>TLC Electrical Netzteile</td><td>IP54 -schwarz</td><td>Doppelt geschlossener Halogen-Fluter. Nennleistung 500 W.</td></tr><tr><td>Lichtdiffusor</td><td>OptiGraphix</td><td>DFPMET</td><td>250 &mu; m Dicke</td></tr><tr><td>Glassubstrat</td><td>Instrument Glasses Ltd</td><td>Kalknatron-Floatglas; 570 mm x 300 mm x 4 mm</td><td>Ebenheitstoleranz 0,02/0,04.</td></tr><tr><td>Makro-Objektive</td><td>(a) Nikon (b) Sigma</td><td>(a) AF-Micro-Nikkor 60 mm f/2.8 D (b) 105 mm f/2.8 Macro-Ex</td><td></td></tr><tr><td>Testflüssigkeit</td><td>De-ionisiertes Wasser aus dem Imperial College Analytical Lab.</td><td>Standardlösung (AnalaR)</td><td></td></tr></tbody></table>

film-kontrolle, beiträge der wellen zu tröpfchen auswirkungen dynamik auf dünnen fließt flüssigkeitsfilme zu studieren

Film Control to Study Contributions of Waves to Droplet Impact Dynamics on Thin Flowing Liquid Films

Droplet Auswirkungen ist ein sehr weit verbreitetes Phänomen in der Natur und zieht Aufmerksamkeit wegen seiner ästhetischen Faszination und vielfältigen Anwendungen. Frühere Studien zu fließenden flüssigkeitsfilme haben die Beiträge der räumlichen Strukturen von Wellen auf das Ergebnis Einfluss vernachlässigt, während dies vor kurzem gezeigt hat, haben einen erheblichen Einfluss auf die Drop-Auswirkungen-Dynamik. In diesem Bericht beschreiben wir eine schrittweise Anleitung zur Untersuchung der Wirkung regelmäßigen Zulauf zu zwingen, von einem fließenden Flüssigkeitsfilm führt zu die Produktion der raumzeitlichen regelmäßigen Welle Strukturen auf Drop Auswirkungen Dynamik. Ein Funktionsgenerator in Verbindung mit einem Magnetventil wird verwendet, um diese raumzeitlich regelmäßigen Welle Strukturen auf der filmoberfläche zu begeistern, während die Auswirkungen Dynamik der Uniform-große Tröpfchen mit einer Highspeed-Kamera erfasst werden. Drei verschiedene Regionen werden dann untersucht; nämlich der Kapillare Welle-Region vor der großen Welle Spitze, Flachfolien-Region und der Welle-Buckel-Region. Die Auswirkungen der wichtigen Dimensionslose Größen wie Film Reynolds, drop Weber und Ohnesorge Zahlen von der Film-Durchfluss, Drop-Geschwindigkeit und Tropfengröße parametrisiert werden ebenfalls untersucht. Unsere Ergebnisse zeigen interessante, bisher unentdeckte Dynamik durch diese Anwendung Film Einlass Erzwingen des fließenden Films für beide niedriger und hoher Trägheit Tropfen herbeigeführt.

Ein Protokoll zu die Beiträgen der Wellen zu Tröpfchen Auswirkungen Dynamik auf fließende flüssigkeitsfilme studieren wird vorgestellt.

Film-Kontrolle, Beiträge der Wellen zu Tröpfchen Auswirkungen Dynamik auf dünnen fließt Flüssigkeitsfilme zu studieren

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous ...

Diese Methode kann uns helfen, Schlüsselfragen in den Bereichen fließende Flüssigkeitsfilme, dünne Filme und Tröpfchenaufprall zu beantworten. Wir schweifen ab zur Evolutionsdynamik der Wellen. Sie brechen bei der Verschmelzung von Tröpfchen auf, und sie verwurzeln auch Riegel. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht also darin, dass sie uns die Möglichkeit bietet, Phänomene auf sehr kurzen Zeitskalen sehr gründlich zu untersuchen. Reinigen Sie zu Beginn des Vorgangs das flache Glassubstrat mit dem weichen Tuch, so dass alle Verschmutzungen und Partikel von der Oberfläche des Substrats entfernt werden. Stellen Sie den Drehpunkt des Substrats auf den gewünschten Neigungswinkel ein. Füllen Sie den Behälter mit der Prüfflüssigkeit, z. B. entionisiertem Wasser. Starten Sie die Flüssigkeitspumpe und vergewissern Sie sich, dass die Flüssigkeit normal über die gesamte Substratoberfläche fließt. Überprüfen Sie den Durchflussmesser und stellen Sie das Direktdurchflussventil schrittweise ein, um die gewünschte Durchflussrate zu erreichen. Um einen hydraulischen Sprung am Folieneinlass oder einen schlechten Luftstrom in die Verteilerkammer zu vermeiden, stellen Sie dann das Messerende der Verteilerkammer so ein, dass die Spalthöhe am Folienkopf auf den genauen Wert der Foliendicke für die Durchflussmenge eingestellt wird. Saugen Sie die Luft manuell aus der Verteilerkammer ab, um einen normalen, gleichmäßigen Flüssigkeitsfluss über das gesamte Substrat zu gewährleisten. Vergewissern Sie sich anschließend, dass der Funktionsgenerator über ein nicht selbsthaltendes Relais mit dem Magnetventil im Flüssigkeitsströmungsweg verbunden ist. Schalten Sie dann den Funktionsgenerator und das Magnetventil ein. Stellen Sie den Funktionsgenerator auf die gewünschte Antriebsfrequenz und Wellenform ein. Füllen Sie dann eine Spritze mit der gewünschten Testflüssigkeit, z. B. entionisiertem Wasser. Schließen Sie einen sauberen Kunststoffschlauch an die Spritze an und montieren Sie die Spritze in die Tröpfchengeneratorbaugruppe. Verbinden Sie die Nadel mit dem gewünschten Durchmesser mit Papierband mit dem anderen Ende des Kunststoffschlauchs. Montieren Sie den Schlauch und die Spritze in der Baugruppe. Passen Sie die Nadelposition an, um die gewünschte Fallhöhe und den Abstand des Strahlaufprallpunkts vom Folieneinlass zu erreichen. Starten Sie die Spritzenpumpe und stellen Sie die Durchflussmenge so ein, dass Wassertropfen ohne erkennbare Vorbeschleunigung von der Nadel auf die Folie tropfen. Passen Sie die Durchflussrate weiter an, um eine Tröpfchenerzeugungsfrequenz zu erreichen, die der Wellenlänge der Wellen auf der Oberfläche der Folie entspricht, wodurch sichergestellt wird, dass die Tröpfchen auf verschiedene Bereiche der Folie fallen. Platzieren Sie Lichtdiffusoren vor den Lichtquellen und schalten Sie das Licht ein. Vergewissern Sie sich, dass der Bildbereich gleichmäßig beleuchtet ist, und schalten Sie das Licht aus. Schalten Sie anschließend den Funktionsgenerator und den Tröpfchengenerator aus. Montieren Sie eine Hochgeschwindigkeitskamera auf einem Stativ. Rüsten Sie die Kamera mit einem Makroobjektiv aus, das die gewünschte Brennweite hat, und schalten Sie die Kamera ein. Fokussieren Sie die Kamera mit einer 7 auf die Filmoberfläche

film-control-to-study-contributions-waves-to-droplet-impact-dynamics

Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Tropfenaufprall der nicht-Newtonschen Flüssigkeiten ist ein komplexer Prozess, da verschiedene physikalische Parameter beeinflussen die Dynamik in sehr kurzer Zeit (weniger als ein Zehntel einer Millisekunde). Eine schnelle Bildgebungsverfahren wird, um die Auswirkungen von verschiedenen Verhaltensweisen nicht-Newtonschen Flüssigkeiten zu charakterisieren eingeführt.

Schnelle Bildtechnik Tropfen Schlag Dynamik der Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten Studieren

Das Protokoll für die Herstellung und den Betrieb von Feldentnetzungsgeräten (Field-DW) wird beschrieben, sowie die vorläufigen Studien über die Auswirkungen elektrischer Felder auf den Tröpfchengehalt.

Vorteilhafte Reduzierte Droplet-Oberflächen-Wechselwirkung, um den Transport Bioanalyten in Digitale Mikrofluidik Optimieren

Zwei experimentelle Geräte zur Untersuchung des Aufpralls von Flüssigkeitsstrahlen auf eine sich bewegende Oberfläche mit hoher Geschwindigkeit werden beschrieben: eine Luftkanonenvorrichtung und eine Spinning-Disk-Vorrichtung. Die Apparaturen werden verwendet, um optimale Ansätze für die Anwendung von Flüssigreibungsmodifikatoren (LFM) auf Schienen zur Reibungskontrolle an der Oberkante der Schiene zu bestimmen.

Visualisierung von High-Speed-Flüssigkeitsstrahl-Impaction auf einer sich bewegenden Oberfläche

Eine experimentell zugängliche analoge Methode zur Untersuchung von molekularen hydrodynamischen Vorgänge in dichten Flüssigkeiten wird vorgestellt. Die Technik nutzt Particle Image Velocimetry geschüttelten, hohe Entschädigung Getreide Pfähle und ermöglicht die direkte, makroskopischen Beobachtung von dynamischen Prozessen bekannt und voraussichtlich in stark wechselwirkenden, hohe Dichte Gase und Flüssigkeiten vorhanden sein.

Eine analoge makroskopischen Technik für das Studium molekulare hydrodynamische Prozesse in dichten Gasen und Flüssigkeiten

Zwei verschiedene Methoden zur Charakterisierung der beginnenden Partikelbewegung eine einzelne Perle als Funktion der Sediment Bett Geometrie von laminarer zu turbulenter Strömung werden vorgestellt.

Visuell basierte Charakterisierung der beginnenden Partikelbewegung in regelmäßigen Substraten: vom laminaren zum turbulenten Bedingungen

Dieses Protokoll zeigt die experimentelle Grundkonfiguration für Wasser Eintrag Experimente mit frei fallende Kugeln. Methoden für die Veränderung der flüssigen Oberfläche mit durchlässigen Stoffen, die Vorbereitung der chemisch nichtnetzende Sphären und Schritte für die Splash-Visualisierung und Daten-Extraktion werden diskutiert.

Auswirkungen der frei fallende Kugeln auf ein tief flüssigen Pool mit veränderten Flüssigkeit und Impaktor Oberflächenbedingungen

Dieses Protokoll ermöglicht eine effiziente Erfassung experimenteller Hochgeschwindigkeitsbilder von Flüssigkeitstropfeneinschlägen und eine schnelle Analyse dieser Daten in Batches. Um diese Prozesse zu optimieren, beschreibt die Methode, wie Geräte kalibriert und eingerichtet, eine geeignete Datenstruktur generiert und ein Bildanalyseskript bereitgestellt wird.

Hochdurchsatzanalyse von Flüssigkeitstropfeneinschlägen

Polykristalline Silizium-Dünnschicht-Solarzellen auf Glas werden durch Ablagerung von Bor und Phosphor dotierten Silizium-Schichten durch Kristallisation, Defekt Passivierung und Metallisierung gefolgt hergestellt. Plasmonische Licht-Trapping wird durch Bildung Ag-Nanopartikel auf dem Silizium-Zelloberfläche mit einer diffusen Reflektor was zu ~ 45% Fotostrom Enhancement begrenzt eingeführt.

Polykristalline Silizium-Dünnschicht-Solarzellen mit Plasmonische-enhanced Light-Trapping

Wir beschreiben eine nanomoulding Technik, die Low-Cost-nanoskalige Strukturierung funktionaler Materialien, Materialien Stacks und voller Geräten ermöglicht. Nanomoulding kann auf jedem Nanoimprinting Setup durchgeführt werden und kann auf eine Vielzahl von Materialien und Abscheidungsverfahren aufgebracht werden.

Nanomoulding von Functional Materials, ein vielseitiges Complementary Pattern Replication Methode zur Nanoimprinting

Die Technik der diffusiven Gradienten in dünnen Filmen (DGT) zur Speziation von Plutonium Studien vorgeschlagen. Dieses Protokoll beschreibt Diffusionsexperimente Sondieren des Verhaltens von Pu (IV) und Pu (V) in Gegenwart von organischen Stoffen. Dgts in einer Karstquelle im Einsatz ermöglichen Einschätzung der Bioverfügbarkeit von Pu.

Speziation und Bioverfügbarkeit Messungen der Umwelt Plutonium Mit Diffusion in dünnen Schichten

Erfahren Sie die Dynamik von Tropfenaufprall auf dünnen Flüssigkeitsfilmen mit Hochgeschwindigkeitsbildgebung. Diese Methode ermöglicht die Untersuchung kurzzeitiger Phänomene und Welleninteraktionen in der Strömungsmechanik.

Film-Kontrolle, Beiträge der Wellen zu Tröpfchen Auswirkungen Dynamik auf dünnen fließt Flüssigkeitsfilme zu studieren

Weitere Videos entdecken