Los métodos para medir la orientación y rotación Tasa de partículas en la turbulencia impresa en 3D

Resumen

Utilizamos la impresión 3D para fabricar partículas anisotrópicas en forma de jacks, cruces, tétradas y tríadas, cuyas alineaciones y rotaciones en el flujo de fluido turbulento se pueden medir a partir de múltiples imágenes de video simultáneas.

Resumen

Los métodos experimentales se presentan para medir el movimiento de rotación y de traslación de partículas anisotrópicas en flujos de fluido turbulentos. tecnología de impresión 3D se utiliza para la fabricación de partículas con brazos delgados conectados a un centro común. Formas exploradas son cruces (dos barras perpendiculares), gatos (tres varillas perpendiculares), tríadas (tres barras en simetría plana triangular), y tétradas (cuatro brazos en la simetría tetraédrica). Se describen métodos para la producción del orden de 10.000 partículas por fluorescencia teñidos. Mediciones con resolución temporal de su orientación y la velocidad de rotación de cuerpo sólido se obtienen a partir de cuatro vídeos sincronizados de su movimiento en un flujo turbulento entre las rejillas oscilantes con R _λ = 91. En este flujo del número relativamente bajo de Reynolds, las partículas son lo suficientemente pequeñas advectada que se aproximan las partículas trazadoras elipsoidales. Se presentan los resultados de las trayectorias 3D con resolución temporal de la posición y la orientación de las partículasasí como mediciones de sus velocidades de rotación.

Introducción

En una publicación reciente, se introdujo el uso de partículas hechas de múltiples brazos delgados para medir el movimiento de rotación de las partículas en la turbulencia ^1. Estas partículas se pueden fabricar utilizando impresoras 3D, y es posible medir con precisión su posición, la orientación y la velocidad de rotación el uso de múltiples cámaras. El uso de herramientas de la teoría de cuerpo delgado, se puede demostrar que estas partículas han elipsoides eficaces ² correspondiente, y los movimientos de rotación de estas partículas son idénticas a las de sus respectivos elipsoides eficaces. Las partículas con brazos simétricos de igual longi....

Protocolo

1. La fabricación de partículas

1. Utilice un programa de diseño asistido por ordenador en 3D para crear modelos de partículas. Exportar un archivo por cada modelo en un formato de archivo que puede ser procesado por la impresora 3D utilizado.
   1. Utilice el comando Círculo para dibujar un círculo con un diámetro de 0,3 mm. Utilice la función de extrusión para hacer un cilindro con una longitud de 3 mm.
   2. Hacer una cruz con dos cilindros ortogonales con un centro común; hacer que un gato con tres cilindros ortogonales entre sí, con un centro común; hacer una tétrada con cuatro cilindros compartir un fin común a 109,5 ° ángulos entre sí; hacer una....

Resultados

La figura 3a muestra una imagen de una tétrada de una de nuestras cámaras encima de un solar de los ángulos de Euler obtiene a partir de una sección de su trayectoria (Figura 3c). En la Figura 3b, los resultados del algoritmo de orientación de investigación, se describe en el Protocolo de 5-5,3, se superponen la imagen tétrada en. Los brazos de la tétrada en la Figura 3a no siguen las distribuciones de intensidad simples.......

Discusión

Las mediciones de la vorticidad y la rotación de las partículas en el flujo de fluido turbulento han sido reconocidos como los objetivos importantes de la mecánica de fluidos experimentales. La rotación de cuerpo sólido de pequeñas esferas de la turbulencia es igual a la mitad de la vorticidad del fluido, pero la simetría de rotación de esferas ha hecho la medición directa de su rotación de cuerpo sólido difícil. Tradicionalmente, la vorticidad del fluido se ha medido utilizando compleja, de múltiples sensores, sondas d.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Cóndor Nd:YAG 50 W láser	Quantronics	532-30-M
Cámara de alta velocidad	Basler	A504k
Cámara de alta velocidad	Mikrotron	EoSens Mc1362
Rhodamina-B		ScienceLab.com SLR1465
Hidróxido de Sodio	Macron	7708	Pellets.
Impresora 3D 500 Connex	Objet		Se utiliza para hacer partículas más pequeñas. Partículas encargadas de RP+M (prototipado rápido más fabricación).
VeroClear	Stratasys	RGD810	Objet.
Resina de fotopolímero Clear Form 1	Lentes
cilíndricas y esféricas
		cámara macro de 200 mm	, montura F.
Baño ultrasónico	Sonicator Cloruro
de calcio	Spectrum Chemical Mfg. Corp.	CAS 10043-52-2	Perdigones.
Software de diseño de sistemas LabVIEW	National Instruments		Se utiliza para disparar cámaras, rejilla de control y disparar láser.
XCAP Software	EPIX		Se utiliza con LabVIEW para disparar cámaras.
MATLAB	Mathworks		Se utiliza para todos los análisis de imágenes y datos. Con esta publicación se incluyen programas para extraer orientaciones 3D de múltiples imágenes.
OpenPTV: Velocimetría de seguimiento de partículas de código abierto	OpenPTV Consortium
ParaView	Kitware
AutoCAD	AutoDesk		Se utiliza para diseñar todas las partículas. Las capturas de pantalla de los diseños de partículas son todas de AutoCAD.
Malla con agujeros de 0.040 x 0.053 pulgadas	Red industrial	XN5170– 43.5
Filtros de cámara	Schneider Optics	B+W 040M

Material de construcción , lentes de