Investigación De La Separación De Flujo Tridimensional Inducida Por Un Pólipo Modelo De Pliegue Vocal

El objetivo general del siguiente experimento es investigar la separación de flujo tridimensional inducida por un pólipo modelo de las cuerdas vocales. Esto se logra montando un hemisferio protector con una relación de aspecto de dos a uno en la sección de prueba de un túnel de viento para modelar una protuberancia montada en la pared, como un pólipo o un nódulo. Como segundo paso, se realizan técnicas de visualización del flujo de aceite, que permiten la visualización de las líneas de fricción de la piel y los puntos de separación y fijación dentro del flujo superficial.

A continuación, se adquieren mediciones de presión superficial inestable alrededor de la protuberancia montada en la pared. Con el fin de cuantificar las cargas de presión en la pared que rodean el pólipo modelo, los resultados en combinación con los datos de simetría de villas de imágenes de partículas muestran la presencia de un vórtice de herradura que desprende vórtices de horquilla y cargas de presión espaciales y temporales que rodean el pólipo de la cuerda vocal modelo, que se espera que contribuyan a la dinámica irregular de las cuerdas vocales observada en pacientes con condiciones patológicas como pólipos o nódulos. Este método puede proporcionar información sobre la dinámica de fluidos de los trastornos patológicos de las cuerdas vocales.

También se puede aplicar a otros sistemas, como el flujo sanguíneo y las arterias de estenosis, la gestión de las dunas de arena costeras, el flujo secundario y los intercambiadores de calor y las aplicaciones de energía eólica. Por lo general, las personas nuevas en este método pueden tener dificultades para determinar la mezcla correcta a base de aceite para sus condiciones de prueba específicas. Para crear el modelo de pólipo de las cuerdas vocales, comience por construir un diseño tridimensional asistido por computadora o un pólipo de modelo CAD.

Como hemisferio prolato, agregue una base cuadrada en la parte inferior del pólipo de la cuerda vocal del modelo que se utilizará para anclar el modelo al piso de la sección de prueba. Exporte el modelo CAD 3D como un archivo de estereolitografía o STL. Elija una resolución de al menos 600 puntos por pulgada para garantizar una superficie lisa en el pólipo modelo.

Cargue el archivo STL en el software adecuado e imprímalo con una impresora 3D de alta resolución o un prototipador rápido. Con una resolución de capa construida de al menos 20 micrómetros, el pólipo ahora está listo para ser montado en el túnel de viento. La sección de prueba del túnel de viento tiene una placa inferior extraíble con un orificio cuadrado ubicado a lo largo de la línea central de la envergadura y en la ubicación deseada aguas abajo.

El orificio se utiliza para montar el modelo de pólipo de la cuerda vocal. Para prepararse para las pruebas de flujo de aceite, cubra la superficie interior de la sección de prueba del túnel de viento con papel adhesivo blanco. Coloque con cuidado el papel adhesivo para asegurarse de que no haya pliegues o protuberancias debido a las burbujas de aire.

Corta un agujero en el papel adhesivo por encima del agujero cuadrado en el suelo de la sección de prueba. A continuación, vuelva a colocar la placa inferior extraíble en la sección de prueba. Ahora inserte el pólipo del modelo en la posición de anclaje.

Para prepararse para la prueba con una cámara de alta resolución montada sobre la sección de prueba del túnel de viento, enfoque la cámara de modo que tenga un campo de visión, incluido el pólipo modelo y el área de la sección de prueba circundante. Configure la cámara para que adquiera imágenes o vídeo. Prepare la mezcla de aceite de visualización de flujo combinando aceite de bebé, copia, tóner, polvo y queroseno en una proporción de siete a uno a dos por volumen.

Mezcle el aceite de bebé y el tónico en polvo en un recipiente y revuelva durante unos segundos hasta que el tónico se disuelva por completo. A continuación, añade el queroseno y mezcla. Bueno, transfiera la mezcla a una botella rociadora para una fácil aplicación en la superficie de la sección de prueba.

Antes de aplicar la mezcla de aceite, limpie la superficie de la sección de prueba con agua y séquela con una toalla de papel. A continuación, déjalo secar al aire durante unos minutos. Use la botella rociadora llena con la mezcla de aceite para rociar una capa delgada y uniforme de líquido sobre el área que rodea el pólipo de las cuerdas vocales modelo.

Una capa delgada y uniforme de mezcla de aceite es importante para producir el aceite adecuado. Las imágenes de visualización de película inician la adquisición de imágenes o videos en la cámara. La adquisición de la cámara se inicia antes de que se encienda el túnel de viento.

Para capturar el movimiento transitorio inicial de la mezcla de aceite, encienda el túnel de viento de succión a la velocidad deseada. La mezcla de aceite comenzará a fluir a lo largo de la superficie de la sección de prueba. Una vez que la mezcla de aceite deje de fluir y alcance un estado estacionario como lo muestran los patrones estacionarios, o cuando transcurra el tiempo deseado, detenga la grabación de la cámara y apague el túnel de viento para agregar presión estática.

Machos de roscar la superficie del suelo de la sección de prueba. Comience en la línea media de la posición de anclaje del pólipo modelo y perfore agujeros en la placa extraíble para hacer un patrón de cuadrícula que abarque ocho puntos 89 centímetros de ancho y 22 puntos 86 centímetros aguas abajo. A continuación, monte tabulaciones de acero inoxidable en los orificios que rodean el pólipo modelo en la configuración deseada.

Las tribulaciones tienen una protuberancia en un extremo para sujetar tubos flexibles y son rectas en el otro extremo para el montaje. Cuando se monta correctamente, las tribulaciones se enrasan con el piso de la sección de prueba. A continuación, conecte piezas cortas de tubo de cloruro de polivinilo transparente y flexible para conectar las tabulaciones de acero inoxidable montadas a los puertos de medición del transductor de presión de escaneo.

El transductor de presión de escaneo tiene 16 puertos de presión. Comience la adquisición de datos de presión superficial conectando el transductor de presión de barrido a un ordenador y configurando los parámetros de adquisición mediante el software del transductor de presión de barrido. Configure el software de adquisición para que adquiera datos a 500 hercios durante la duración deseada de la adquisición de datos.

A continuación, ajuste el túnel de viento de succión a la velocidad deseada. Ahora comience la adquisición de la medición de presión. Las mediciones de presión pueden adquirirse simultáneamente con cualquier técnica de diagnóstico de caudal deseada.

Por ejemplo, el láser PIV, la simetría vela Doppler y la anemometría de hilo caliente. El pólipo modelo se probó en condiciones de flujo constante con un número de Reynolds de 9.000. La línea de separación primaria aguas arriba se muestra como la línea oscura aguas arriba del pólipo.

Cerca de la estela del pólipo hay dos nodos de concentración de vorticidad, que son los puntos de unión para dos tubos de vórtice contrarrotantes que forman las patas del vórtice de horquilla aguas abajo. Aquí se muestra una imagen de visualización de flujo de aceite para un pólipo modelo en flujo cruzado con un número de Reynolds de 9, 000. Las líneas oscuras que se extienden aguas abajo desde los lados del pólipo, que representan los límites exteriores de la estela, convergen hasta el punto de unión debido al vórtice de recirculación detrás del objeto.

Los resultados de la visualización del flujo de aceite para las condiciones de flujo constante confirman la formación de un sistema de vórtices de herradura aguas arriba del pólipo modelo y vórtices de horquilla aguas abajo del pólipo. Aquí se muestran las mediciones de presión aguas arriba y aguas abajo a lo largo de un solo ciclo oscilatorio. La línea roja ubicada en la posición número tres indica el sitio de la presión más baja en la región de reflujo directamente aguas abajo del pólipo.

Se encontró que los valores de los transductores de presión individuales cambiaban a lo largo del ciclo, y la diferencia de presión entre las ubicaciones de los transductores variaba en función de la ubicación del ciclo y, por lo tanto, de la velocidad media mostrada. Aquí hay un estudio relacionado utilizando un modelo de cuerdas vocales impulsadas y un modelo de pólipo de pliegue vocal montado en la pared. La dirección del flujo de fluido está fuera de la pantalla.

Las flechas de colores muestran los gráficos vectoriales de la magnitud de la velocidad a medida que las cuerdas vocales comienzan a abrirse. Se forma un canal convergente y se desarrolla un gradiente de presión favorable. El flujo pasa sobre el pólipo y se dirige hacia la línea media.

A medida que la glotis alcanza su anchura máxima y asume una configuración paralela, se forman dos vórtices de corriente que giran en sentido contrario. A medida que las cuerdas vocales se cierran, el flujo se fuerza alrededor del pólipo y se aleja de la línea media anteroposterior Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en pocos minutos si se realiza correctamente. Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo adquirir datos de visualización de flujo de aceite, que se pueden usar para identificar líneas de fricción de la piel, regiones de alta y baja velocidad, y para construir mapas topológicos de flujos tridimensionales complejos.