Una técnica análoga macroscópica para el estudio de procesos hidrodinámicos Molecular en Gases densos y líquidos

Resumen

Se presenta un método analógico experimentalmente accesible para el estudio de procesos hidrodinámicos moleculares en fluidos densos. La técnica utiliza la velocimetría de imagen de partículas de montones de grano vibrado, de alta-restitución y permite la observación directa, macroscópica de dinámicos procesos conocidos y predice que existen en la interacción, alta densidad de gases y liquidos.

Resumen

Se describe un método análogo, macroscópico para el estudio de procesos hidrodinámicos de escala molecular en gases densos y líquidos. La técnica aplica un estándar líquido dinámico diagnóstico, partícula imagen velocimetry (PIV), para medir: i) las velocidades de las partículas individuales (granos), extant en colisión de grano corto, escalas de tiempo, velocidades ii) de los sistemas de partículas, en tanto corto colisión-época - y iii largo, continuo-flujo-tiempo-escalas,) modos hidrodinámicos colectivos existe en líquidos moleculares densos y iv) funciones de autocorrelación de velocidad corto - y largo-tiempo-escala, centrales para entender la dinámica de la partícula-escala en sistemas de fluidos densos, interacción. El sistema básico se compone de un sistema de proyección de imagen, fuente de luz, sensores de vibración, sistema de vibración con un software de análisis y PIV y los medios de comunicación, conocido. Se destacan requiere mediciones experimentales y un esquema de las herramientas teóricas necesarias cuando se utiliza la técnica análoga para estudiar procesos hidrodinámicos de escala molecular. La propuesta técnica proporciona una alternativa relativamente sencilla a la fotónica y métodos de dispersión utilizados tradicionalmente en estudios hidrodinámicos moleculares de la viga de neutrón.

Introducción

Molecular hidrodinámica estudia la dinámica y la mecánica estadística de moléculas individuales y colecciones de moléculas en líquidos. Entre las muchas técnicas experimentales desarrollaron para el estudio de sistemas moleculares hidrodinámica^1,2, dispersión de la luz^1,2,3, simulaciones dinámica molecular^{4, 5,6,7} y, en menor medida, de la dispersión inelástica de neutrones⁸ han sido utilizados más comúnmente. Por desgracia, limitaciones significativas Conecte a las dos últimas técnicas. Simulaciones de dinámica molecular (MD), por ejemplo: i) están limitadas a pequeñas espacial y temporal dominios que contienen relativamente pocas moléculas , ii) requieren el uso de aproximado entre partículas potenciales, iii) suelen presentar periódica condiciones de contorno, válidas bajo condiciones de flujo a granel de no-equilibrio y iv) en la actualidad, no pueden responder la pregunta fundamental de cómo molecular-escala dinámica, que implica las moléculas individuales o colecciones de moléculas, son afectadas por y par de vuelta a granel, no equilibrio fluido. La principal limitación asociada a la dispersión de neutrones está ligada a la dificultad de acceder al número limitado de fuentes de neutrón viga disponibles.

Para proporcionar el contexto para la técnica experimental análoga presentada en este artículo, se destacan técnicas de dispersión de la luz aplicadas a los fluidos de gas denso y estado líquido simple. En un experimento de dispersión de la luz típico, se dirige un haz de luz láser polarizada a un volumen pequeño interrogatorio que contiene una muestra de líquido estacionaria. Luz dispersada de las moléculas dentro de la muestra entonces se detecta en un ángulo fijo respecto al haz incidente. Según el régimen de dinámico molecular de interés, la detección y análisis de la señal luminosa dispersa incorpora luz filtrado o mezcla de métodos de detección de luz. Señalados por Berna y Pecora¹, técnicas de filtración que sonda dinámica molecular del estado líquido a tiempo escala menor s, introducir un interferómetro de la dispersión o rejilla de difracción y permiten la exploración de la densidad espectral de la luz dispersada. Mezcla de técnicas, utilizadas para la escala de tiempo lenta dinámica, óptica s, por el contrario, incorporar un analizador autocorrelador o espectro de la dispersión, en el que el contenido espectral de la señal dispersa se extrae de la luz dispersada medida intensidad.

En general, láser sondas, por lo menos las que operan en el rango visible del espectro, con longitudes de onda mucho más largas que el espacio característico entre las moléculas del estado líquido. En estas circunstancias, el haz de la sonda excita cinco colectiva, escala de tiempo lenta, modos hidrodinámico de larga longitud de onda^2,9,10 (lentos en comparación con la frecuencia de colisión característico): dos viscosamente amortiguación, en propagación de ondas de sonido, dos modos de Vorticidad desacoplados, puramente difusivo y un modo solo difusión térmica (entropía). Los modos de sonido muy contentos en la dirección (longitudinal) del haz incidente, mientras que los modos en torbellino se excitan en la dirección transversal.

Considerando puramente experimental de dispersión de técnicas, de dos cuestiones fundamentales, en el centro del equilibrio y mecánica estadística de no equilibrio molecular, estado líquido sistemas, permanecen más allá de la luz y las medidas de dispersión de neutrones:
1) rigurosos argumentos^9,11 muestran que la dinámica de colisión - y sub-collision-escala de tiempo al azar, de estado líquido las moléculas individuales, sujetos a la dinámica newtoniana clásica o dinámica cuántica, puede proceder a su refundición en el forma de ecuaciones de Langevin generalizadas (GLE). GLE, a su vez, conforman una herramienta teórica central en el estudio de la mecánica estadística de no equilibrio de las moléculas en los gases densos y líquidos. Por desgracia, ya que la dinámica de moléculas individuales (no macromolecular) no se puede resolver por cualquier técnica de dispersión, actualmente no hay manera directa, más allá de simulaciones, para probar la validez de la GLE.
2) una hipótesis fundamental estará en el centro de dinámica de fluidos de continuum macroscópico, así como microescala molecular hidrodinámica, postula en longitud - y escalas de tiempo grande en relación con la colisión, pero pequeña en relación con el continuum y diámetros moleculares y tiempo-escalas de la longitud, prevalece equilibrio termodinámico local (LTE). En continuo flujo y calor transferencia modelos, como las ecuaciones de Navier-Stokes (NS), la asunción de LTE es necesario⁹ para pareja intrínsecamente no-equilibrio, flujo continuo-escala y características de transporte de energía, como tensiones de esquileo viscosas y conducción térmica: a estrictamente equilibrio propiedades termodinámicas, como temperatura y energía interna. Asimismo, mientras que el transporte de momentum y energía de microescala son procesos intrínsecamente no-equilibrio, lo que refleja la aparición de masa acoplada, en microescala, impulso y corrientes de energía, los modelos de estos procesos de microescala asumen que las corrientes representan las perturbaciones pequeñas de LTE⁹. Una vez más, al mejor de nuestro conocimiento, no han sido pruebas experimentales directas de la asunción de LTE. En particular, parece que no hay experimentos de dispersión hidrodinámica molecular se han intentado en flujos de fluidos densos, móviles, no equilibrio.

En este trabajo, describiremos una técnica experimental análoga en la cual la partículas macroscópicas, solo y la dinámica de la partícula colectiva de montones de grano vibrado, medidos utilizando estándar partícula Imaging Velocimetry (PIV), puede utilizarse para predecir indirectamente, interpretar y exponer solo y multi molecule hidrodinámica en gases densos y líquidos. Los elementos físicos y teóricos que permitan a la técnica propuesta se afirmó en un reciente artículo publicado por nuestro grupo¹². Experimentalmente, el sistema macroscópico debe exhibir: (i) una tendencia sostenida a la local, equilibrio mecánico estadístico de macroescala y (ii), lineares llegadas del equilibrio que imitan las fluctuaciones de no equilibrio (débiles) observado en sistemas hidrodinámicos moleculares. Teóricamente: modelos de microescala i clásico que describe el equilibrio y la mecánica estadística débil no equilibrio de denso, sistemas N-partículas interactuantes se deben replantear en forma de macroescala, y (ii) los modelos resultantes de la macroescala deben confiablemente predecir la dinámica de partícula única y múltiple, de cortas, partícula-colisión-plazos para largo, continuo-flujo-plazos.

Aquí, presentamos un protocolo experimental detallado así como representante de resultados obtenidos por la nueva técnica. En contraste con simulaciones y luz y métodos de dispersión de neutrones, la nueva técnica permite, por primera vez, un estudio detallado de procesos hidrodinámicos moleculares dentro fluyendo, fuertemente no-equilibrio, densa de gases y líquidos.

Protocolo

1. preparación del sistema vibratorio

1. Configurar el sistema vibratorio como se muestra en la figura 1. Este sistema consta de un anular poliuretano tazón de fuente (con un diámetro exterior de 600 mm), unido a una sola velocidad (1740 rpm), motor desequilibrado, donde este último genera vibraciones de proceso. Este es conectado a una base ponderada y separado por un grupo de ocho muelles (el tazón de fuente y la base ponderada se compran montado como una sola pieza). Anexe el montaje del tazón de fuente a su stand y asegure con dos ganchos de caucho suministrados. Bomba peristáltica de lugar en una mesa cerca de la taza y sujete la manguera de salida de bomba al punto de entrada de lubricación del tazón de fuente.
   1. Coloque un acelerómetro triaxial para el radio interior del vaso anular vaso grabado vibraciones en condiciones de baja amplitud y alambre el acelerómetro a un acondicionador de señal del sensor. Coloque el acondicionador de señal en una tabla del sistema vibratorio. La combinación de acondicionador de señal/acelerómetro es controlada por datos adquisición hardware y software instalado en un equipo estándar.
2. Preparar los medios de comunicación elegido por lavado en agua y permitir que se seque. Durante varios experimentos se han utilizado varios tipos de medios de comunicación. Este trabajo utiliza una cerámica pulido media corte recto triángulo (10 x 10 mm x 10 triángulo m visto desde la parte delantera y 10 mm de espesor).
   1. Determinar los medios de embalaje densidad primero colocando una bolsa de plástico vacía en una escala de laboratorio y Tarar la báscula. Llenar el saco de plástico con los medios de comunicación solicitadas (no debe exceder 18,927 L (5 gal) y registrar el peso de los medios de comunicación (g o kg). Para este tipo de medios de comunicación y configuración experimental actual, el peso fue 22,68 kg (50 lb).
      1. Coloque el cubo en un gran lavabo o fuera del edificio lejos de otros equipos. Llenar el cubo (para ello establecido, se utilizó un cubo 18,927 L (5 gal)) con agua hasta la marca llena y lentamente baje el saco plástico lleno de medios de comunicación en el cubo. Una vez que el saco de los medios de comunicación esté totalmente sumergido, lentamente Levante la bolsa del agua para evitar salpicaduras y coloque a un lado del saco. Use un cilindro aforado de 1000 mL para rellenar el cubo a su marca original completo, registrar la cantidad total de agua agregada. Esta cantidad de agua agregada será donde es el material de embalaje volumen de los medios de comunicación (para este juego, 13.750 mL de agua se añadió a la cubeta). La cantidad de agua agregada será depende del tipo de medio utilizado.
      2. Calcular la densidad de los medios de comunicación por la siguiente ecuación:
         
         donde es la densidad de los medios de comunicación y es la masa de los medios de comunicación (por este medio, la densidad se calculó en 1649 ).
   2. Activar el sistema vibratorio enchufándola en el tomacorriente (este modelo tiene dos opciones, 1) enchufe en pared o 2) funcionamiento con temporizador para stand). Activar software de adquisición de datos en el equipo presionando la tecla "Start" en el programa del usuario y recopilar datos durante 1 minuto. Datos de aceleración serán tanto mostrados para revisión inmediata (en el dominio del tiempo y dominio de la frecuencia) y automáticamente almacenados en un archivo .csv para potenciales post-processing. Desenchufe la unidad del tomacorriente para desactivar el sistema vibratorio.
   3. Añadir medios a tazón vibratorio.
   4. Preparar compuesto, que consta de 3880 mL de agua y 120 mL de acabado compuesto (FC) (3% del volumen) solución. Bomba peristáltica a 1.9 L/h (velocidad de rotación dial a 27 para lograr esta velocidad de flujo), pero no inicie el flujo. Esto asegurará que la solución no es recirculada, pero es suficiente para mantener el medio húmedo. (Esta solución es una solución de acabado vibratoria utilizada). La solución actúa como un agente lubricante y asegura los medios de comunicación no pegan o se desgastan durante el procedimiento.
   5. Activar el sistema vibratorio enchufándola en el tomacorriente. Recopilar datos de acelerómetro como se especifica en el paso 1.2.2. Desenchufe la unidad del tomacorriente para desactivar el sistema vibratorio.

2. alta velocidad imágenes

Nota: Para medidas de campo de velocidad de grano, obtenida por una porción de la superficie de la pila que fluye del grano, la zona de proyección de imagen, la proyección de imagen corresponde al campo de visión (FOV) determinada en el paso siguiente de 2.2.4. Medición de variables en el tiempo, velocidades individual de grano (en la superficie de la pila) se pueden obtener eligiendo una zona pequeña, fija, , en donde, como se detalla a continuación, está en el orden el área proyectada de un grano individual.

1. Una cámara de alta velocidad (la cámara tiene resolución 1504 x 1128 hasta 1.000 fotogramas por segundo (fps)) para capturar imágenes por colocarlo en un trípode o construcción de un marco rígido con la lente perpendicular a la superficie abierta del sistema vibratorio (cuando el recipiente está vibra Ting) como se ve en la figura 1. Este marco rígido es independiente del sistema vibracional y asegura que las vibraciones del sistema no afectan a la proyección de imagen.
   1. Instale un objetivo apropiado para el área de integración superficial deseada y resolución. Para la instalación actual, utilice una lente de zoom de 18-250 mm con y un cociente de la lente de 1:3.6 - 6.3.  Conecte fuente de alimentación y antena GPS a la cámara.  Conecte la cámara al ordenador mediante un cable CAT5.  Ponga la cámara para que el extremo de la lente es de aproximadamente 550 mm sobre la superficie de los medios de comunicación.
      Nota: Colocar la cámara muy próxima a los medios de comunicación causará mayor efecto de borde y colocando la cámara muy lejos hará que las imágenes a ser demasiado oscuro para procesar. En la distancia especificada, errores debido a los efectos de borde y la curvatura total de la zona de pruebas es < 2%.
   2. Retire la tapa del objetivo y empezar a software de la cámara. Cuando ha iniciado, haga clic en el botón de "Cámaras" y haga clic en Aceptar. Cuando se rellena la lista de la cámara, seleccione la cámara en la lista y haga clic en abrir.
   3. En el software de la cámara en el equipo, en la pestaña "En vivo", haga clic en botón "Live" (flecha azul) para ver el campo visual de la cámara. Encienda la fuente de luz para iluminar la región a ser reflejada. Esto puede ser cualquier luz brillante mientras que ilumina uniformemente el área de prueba. La figura 1 muestra la cámara y la configuración de luz con respecto al sistema vibratorio.
   4. Para determinar el diafragma, mirar la pantalla del ordenador con la transmisión en vivo de la cámara y ajustar el diafragma a su posición mínima (máximo brillo). Si el diafragma está en baja, el resultado es una profundidad de campo. Si el diafragma está en alto, la pantalla es demasiado oscura. Para este experimento, el diafragma se estableció en 3.6.
   5. Ajuste la longitud focal de la lente para proporcionar el campo de visión deseado (210 mm x 160 mm para este caso). Para este experimento, establece la distancia focal 180 mm con la cámara set 550 mm sobre la superficie de los medios de comunicación. Figura 2a muestra el campo de visión a través de la cámara.
   6. Digital zoom a 500 aumentos, utilizando el software de la cámara. Ajuste el anillo de enfoque del objetivo para el mejor enfoque óptico. Volver el zoom digital al 100% (vista Normal).
   7. Bajo configuración de la adquisición de equipo, haga clic en "Frecuencia [Hz]" y a 500 fotogramas por segundo.
      Nota: Para resolver grano-colisión--escala de tiempo dinámica, , debe ser por lo menos un orden de magnitud mayor que la frecuencia de vibración impuesta, (aquí, Hz)
   8. Antes de tomar imágenes, coloque una escala reglada en el campo de visión; Esto proporciona una escala para la posterior imagen informática. Bajo configuración de la adquisición de software de la cámara, seleccione la ficha "Record" en "Vivo". Ajuste "Modo de grabación" a "Circular" y establecer marcos a 1. Haz clic en el círculo rojo en la pestaña "En vivo" para grabar una imagen como se ve en la figura 2b.
   9. Guarda la imagen adquirida como un archivo TIFF en una ubicación de directorio de archivo conveniente (p. ej. disco duro externo) haciendo clic en "Archivo" y haga clic en "Salvar a adquisiciones". Aparecerá un cuadro de diálogo con varias opciones. Junto a tipo de archivo en el cuadro de diálogo, seleccione TIFF en el menú desplegable.
      1. Seleccione "Descargar" ficha Opciones en la parte inferior del cuadro de diálogo y haga clic en "Examinar". En la parte superior del cuadro de diálogo, agregue el nombre de carpeta para la prueba. En el cuadro de diálogo "Examinar", busque y seleccione la ubicación deseada (por ejemplo, disco duro externo) y la carpeta correspondiente. Una vez seleccionada la carpeta, haga clic en "OK" luego "Guardar". Aparecerá el cuadro de administrador de descarga. El archivo comenzará a transferir y guardar en la ubicación del archivo especificada en la subcarpeta 001. Una vez que ha transferido la imagen, aparecerá un cuadro de estado "Hecho" en la pantalla.
      2. Eliminar imagen de cámara haciendo clic en el botón rojo de eliminar.
         Nota: El protocolo se puede detener aquí.

3. recogida de datos

Nota: Si el protocolo era pausado, la cámara necesitará ser reiniciado. Siga el paso 3.1. Si el Protocolo no estaba en pausa, salte al paso 3.1.2.

1. Iniciar el software de la cámara y encienda la iluminación tal como se especifica en el paso 2.
   1. Con software de la cámara activado, comprobar las condiciones de luz y ejecute vivo como se detalla en el paso 2.2.2. para el enfoque adecuado.
   2. Elegir un tiempo total de ejecución experimental,
      Nota: Deben cumplirse dos requisitos concurrentes: i) debe ser lo suficientemente largos que establece condiciones de flujo de grano estadísticamente estacionario, y ii) no debe ser tan largo como para producir grandes cantidades de datos superfluos. La escala de tiempo en que las condiciones estacionarias aparecen debe determinarse por ensayo y error. Pueden utilizarse varios métodos, de rigor variable. Visualizador, i) asegurar que la velocidad media del grano de tiempo en un punto fijo, o en varios puntos fijos, alcanza una magnitud nominal fija o magnitudes, o ii) asegurar que, además de medios fijos, variaciones correspondientes también asumen nominalmente fijas magnitudes. Para este experimento, los datos fueron recogidos de 10.12 s, correspondiente a adquisición de 5060 Marcos. Condiciones constantes en el flujo de grano ubicado en después de aproximadamente 1 s.
2. Activar el plato vibratorio.
   1. Extensión 150 mL del compuesto de acabado/lubricantes (paso 1.2.4) uniformemente alrededor de la taza para proporcionar humedecimiento inicial de los medios de comunicación; y coloque la jarra con el resto compuesto en el suelo con una manguera conectada a la bomba peristáltica. Mover el interruptor de "off" a "derecha" para activar la bomba peristáltica (según lo establecido en el paso 1.2.4).
   2. Encienda el tazón vibratorio enchufar en un tomacorriente eléctrico y espere un mínimo de un minuto para asegurar incluso mojar y constante movimiento fluido a través de los medios de comunicación (constante movimiento fluido se produce cuando el flujo de líquido en el recipiente de la bomba peristáltica es aproximadamente igual al flujo de líquido drenando del drenaje del tazón de fuente.
3. Captura de vídeo y recopilación de datos.
   1. Una vez que el líquido alcanza el movimiento constante (paso 3.2.2), activar la cámara haciendo clic en el icono de grabación rojo en la pantalla del ordenador y haga clic en la marca de gatillo rojo para grabar imágenes para el elegido del tiempo de duración, . La cámara grabará imágenes para especificado y guardar esas imágenes en su memoria interna. Figura 2a es un ejemplo de una imagen de un conjunto de 5060 imágenes.
   2. Una vez que se recopilan los datos, apague sistema vibratorio desenchufándolo de la toma eléctrica y desactivar la bomba peristáltica por mover el interruptor de "derecha" en "off".
      Nota: El protocolo se puede detener aquí.

4. proceso de datos vídeo con PIV

1. Preparar la alta velocidad de imágenes de la cámara para el procesamiento de PIV.
   1. Guardar las imágenes adquiridas como archivos TIFF, siguiendo los procedimientos delineados en el paso 2.1.9. (En el sistema actual, marcos de imagen 5060 recogen más 10,12 s lleva más de una hora para transferir). Una vez que las imágenes son transferidas, en la pantalla aparecerá un cuadro de estado "Hecho". Los archivos se guardarán en el mismo directorio que el archivo de calibración en una subcarpeta identificada como 002. Eliminar imágenes de la cámara.
   2. Convertir las imágenes de color en imágenes en escala de grises para habilitar el procesamiento por el software PIV. Cargar las imágenes en el software de análisis de datos mediante una función de "imread()". Convertir una copia de las imágenes usando la función "rgb2gray()" y guardar el escribir de estas nuevas imágenes en una nueva carpeta mediante la función "imwrite()".
      Nota: Esta función de análisis de datos de proceso está disponible para varios tipos de software de análisis de datos y está escrita como un programa completo por el investigador. C de la figura 2 es un ejemplo de una imagen ampliada de después ha sido convertida a escala de grises y ha sido procesado por PIV.
2. Utilizar software PIV para calcular campos de velocidad.
   1. Utilice al Asistente para importación para importar el conjunto de imágenes en escala de grises como imágenes individuales en el entorno de software PIV. Comenzar la importación haciendo clic en "Archivo" y seleccione "Importar" e "Importar imágenes".  Aparecerá el cuadro de diálogo del asistente de importación de imagen.  Seleccione opción de importación "Solo marco" en el menú y haz clic en el botón "Añadir imágenes".  Seleccione calibración de imagen y haga clic en "Abrir", que añade la imagen en el cuadro de lista "Imágenes a importar".  Al importar imágenes, añadir a la imagen de calibración (paso 2.1.9) primero para que sea la imagen de arriba en la lista de importación.  Haz clic en el botón "Añadir imágenes" otra vez y resaltar todas las imágenes de datos y haga clic en "Abrir" para agregarlos al cuadro de diálogo "Imágenes a importar".  Haga clic en "Siguiente" una vez seleccionadas todas las imágenes que desee. Entrada de la configuración de la cámara utilizada, incluye marco tasa y pixel pitch en los cuadros de diálogo. Haga clic en "Siguiente" y "Finalizar" para completar el proceso de importación.
   2. Separar la imagen de calibración del conjunto de imágenes y parámetros de escala de longitud de entrada en el software PIV.
      1. Si ya no se muestra la lista de contenido, haga clic con el botón derecho el conjunto de la imagen importada y seleccione "Mostrar lista de contenido" en el lado izquierdo de la pantalla en el árbol de base de datos. Suponiendo que la imagen de calibración fue la primera imagen importada, haga clic con el botón derecho la segunda imagen en la lista y seleccione "Split conjunto de aquí". Arrastre y suelte la imagen recién creada set (contiene sólo la imagen de calibración) a la ubicación en la izquierda de la pantalla con la etiqueta "Nueva calibración".
      2. Haga clic con el botón derecho el conjunto de la imagen de calibración recién colocada y seleccione "Factor de escala de medida". Cuando la imagen de calibración aparece en la pantalla, coloque los marcadores "A" y "B" en la imagen la regla (u otro objeto de saber el tamaño si no se utiliza la regla) y la distancia entre los marcadores en el cuadro de texto "Distancia absoluta". Haga clic en "Aceptar" en el cuadro de diálogo de "Factor de escala de medida" que guardar la configuración de la calibración y cierre el cuadro de diálogo y la imagen de calibración.
   3. Crear un conjunto de pares de la imagen por la imagen importada, ponga y haga clic en "Analizar". A continuación seleccione "hacer doble" de la lista de métodos de análisis disponibles. Elija "(1-2, 2-3, 3-4... (N-1) doble imágenes) "opción del estilo.
      1. Abra cualquier imagen en el conjunto de imágenes (excepto la imagen de calibración) y haga clic derecho sobre la imagen y seleccione "Densidad de la partícula". Una demostración del cuadro de diálogo reconoce partículas aparecerán en la pantalla. Se mostrará un zoom a la vista de una zona de la sonda. Haga clic en la ficha de configuración en este cuadro de diálogo y alterar "Sonda tamaño área" hasta un mínimo de 3 partículas se ven constantemente en la zona de la sonda.  Este tamaño de área de la sonda será el tamaño de área de interrogatorios en paso 4.2.5.
   4. Utilice el comando "Analizar" en la imagen seleccionada para elegir PIV procesar algoritmos y parámetros asociados. Seleccione el método de "Correlación adaptativa" y definir el área de píxeles que se utiliza para definir un vector en el espacio de paso 4.2.5. (Este proceso divide imágenes en una cuadrícula de n × n píxel "áreas interrogatorio")
   5. Establezca el tamaño de la zona de interrogatorios localizando la ficha de "áreas de interrogatorio" y al activar cualquiera de los tamaños de área disponible de interrogatorio entre el mínimo de 8 píxeles y un máximo de 256 píxeles (se utilizó este método, 32 x 32 píxeles). Introduzca el valor determinado en el paso 4.2.3.1.
      1. Para aumentar la densidad de los vectores creados, agregar porcentaje de "Superposición" de interrogatorio área seleccionando 0%, 25%, 50% o 75% de superposición en el menú desplegable.
   6. Realizar el análisis conduce a campo de velocidad de grano medidos seleccionando "OK" en el cuadro de diálogo de "Correlación adaptativa". El sistema comenzará el análisis.  Como el sistema procesa los datos, el primer mapa de vectores aparecerá en la pantalla. Inspeccione los primeros varios campos de velocidad para determinar si aparecen satisfactorias por estimación de la velocidad y dirección como se ve en la figura 2C. Si el campo de velocidad no parece realista, cancelar la sesión de análisis, repita el paso 4.2.4 y cambiar la configuración del análisis. (Cuando se haya completado el análisis, un campo de vector-distancia, que abarca el campo visual, será creado para cada par de imágenes en el sistema (paso 4.2.3)). C de la figura 2 muestra un campo del vector satisfactorio ejemplo durante el proceso de análisis que ha sido sobrepuesto en una imagen en escala de grises.
      Nota: Para cada área de interrogatorios de n × n píxeles, el software PIV compara el patrón de puntos brillantes sub-grain-escala dentro de la zona de interrogatorios contra patrones correspondientes en la siguiente imagen. De esta comparación, el software PIV determina un vector de desplazamiento promedio de área, y por último, al dividir por el incremento del tiempo entre los marcos, , la velocidad media de la zona, donde se refiere a área de interrogatorio . En los experimentos actuales, cada área del interrogatorio consistía en n x n = 32 x 32 píxeles; el número total de las áreas de interrogatorio subdividiendo cada 210 x 160 mm campo de visión era así 47 x 35, correspondiente a 1504 x 1128 píxeles.

5. procesar los datos vibracionales

Nota: Paso 5 puede hacerse simultáneamente con el paso 4 Si se utiliza diferentes sistemas o software de análisis.

1. Abrir software de análisis de datos y utilizando la función "load()" para llevar en el acelerómetro vaciar datos que adquirieron cuando era el tazón vibratorio (paso 1.2.2). Hacer una FFT de los datos utilizando la función "fft()". Crear una figura de los datos mediante la función de "conjura". Repita con los datos que fue adquiridos cuando el tazón vibratorio tuvo medios presentes (paso 1.2.5).
   Nota: Esta función de análisis de datos de proceso está disponible para varios tipos de software de análisis de datos y está escrita como un programa completo por el investigador.
   1. Para estudiar procesos hidrodinámicos moleculares, un número de operaciones de procesamiento de datos se requieren generalmente. Ver las secciones representante resultados y discusión para esquemas de los procedimientos del proceso principal; Ver Keanini, et al. (2017) ¹² para más detalles sobre cómo medidos PIV puede utilizarse para extraer la información dinámica en sistemas hidrodinámicos moleculares.

Resultados

En la presentación de resultados representativos, nos referimos a procesos de escala de tiempo continuo como ésos observados y predichos sobre escalas de tiempo, que son largas en relación con la escala de tiempo de colisión de grano característica, y escala de tiempo de par...

Discusión

Para utilizar pilas de grano vibrado como análogos macroscópicos para investigar procesos hidrodinámicos moleculares, un experimentador debe, por un lado, aprender y utilizar cuatro medidas básicas y por el otro, dominar algunos elementos básicos de equilibrio y mecánica estadística de no equilibrio. Centrarse primero en las mediciones experimentales, estas incluyen: i) medición de la dinámica individual de grano a través de la medición de la función de autocorrelación simple partícula velocidad, ii) medición de la veloc...

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Cuenco de pulido vibratorio	Raytech	AV-75
Caudalímetro Bombas	peristálticas	913 Mity Flex
Scale	Pelouze	4040
Acelerómetro triaxial	PCB Piezotronics	PCB 356B11	Acelerómetro con sensor Acondicionador de señal
Computadora de adquisición de datos	IBM	Thinkpad	Utilizado con alto cámara de velocidad
cámara de alta velocidad	Redlake	Motionxtra HG-XR
lente de zoom	Tamron	modelo A18	18-250mm f/3.5-6.3
Luz de alta intensidad	ARRI	EB 400/575 D
Computadora de procesamiento de datos	Dell	Dell Precision Tower 7910
PIV Software	Dantec	Dynamics Dynamic Studio 2013	versión 3.41.38
Hardware de adquisición de datos	SCXI SCXI-1000	National	Instruments con tarjeta SCXI 1100 y adaptador SCXI 1303
Software de adquisición de datos	LabVIEW 2012		National
Instruments Software de procesamiento de datos	MATHWORKS	MATLAB
Medios de pulido	Rosler	RSG 10/10S	Múltiples tipos de medios utilizados (mixto, esférico, triangular)
Solución de pulido	Rosler	FC KFL (3%)	Solución jabonosa al 3% con agua
Escala reglada	Swiss Precision Instruments	13-911-3
Cilindro graduado	Global Scientific 601082