Name: Los métodos para medir la orientación y rotación Tasa de partículas en la turbulencia impresa en 3D (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-06-24T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 34 s
Description: Aprende a fabricar partículas anisotrópicas mediante impresión 3D para medir su orientación y rotación en flujos turbulentos. Este método computacional permite analizar dinámica de partículas complejas con precisión temporal.

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Agradecemos a Susantha Wijesinghe que diseñó y construyó el sistema de compresión de imágenes que utilizamos. Reconocemos el apoyo de la subvención NSF DMR-1208990.

<ol><li>Marcus, G., Parsa, S., Kramel, S., Ni, R., Voth, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurements+of+the+Solid-body+Rotation+of+Anisotropic+Particles+in+3D+Turbulence%5BTitle%5D)+AND+%22New+J.+Phys%22%5BJournal%5D)">Measurements of the Solid-body Rotation of Anisotropic Particles in 3D Turbulence.</a> New J. Phys. 16, 102001(2014).</li>
<li>Bretherton, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+motion+of+rigid+particles+in+a+shear+flow+at+low+Reynolds+number%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">The motion of rigid particles in a shear flow at low Reynolds number.</a> J. Fluid Mech. 14 (02), 284-304 (1962).</li>
<li>Oullette, N., Xu, H., Bodenschatz, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+quantitative+study+of+three-dimensional+Lagrangian+particle+tracking+algorithms%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+in+Fluids%22%5BJournal%5D)">A quantitative study of three-dimensional Lagrangian particle tracking algorithms.</a> Exp. in Fluids. 40 (2), 301-313 (2006).</li>
<li>Open Source Particle Tracking Velocimetry. , Open PTV Consortium. Available from:
 <a target="_blank" href="www.openptv.net">www.openptv.net</a> (2014).</li>
<li>Parsa, S., Calzavarini, E., Toschi, F., Voth, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rotation+Rate+of+Rods+in+Turbulent+Fluid%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Rotation Rate of Rods in Turbulent Fluid.</a> Phys. Rev. Lett. 109 (13), 134501(2012).</li>
<li>Parsa, S., Voth, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inertial+Range+Scaling+in+Rotations+of+Long+Rods+in+Turbulence%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Inertial Range Scaling in Rotations of Long Rods in Turbulence.</a> Phys. Rev. Lett. 112 (2), 024501(2014).</li>
<li>Tsai, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+versatile+camera+calibration+technique+for+high-accuracy+3d+machine+vision+metrology+using+off-the-shelf+tv+cameras+and+lenses%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Journal+of+Robotics+and+Automation%22%5BJournal%5D)">A versatile camera calibration technique for high-accuracy 3d machine vision metrology using off-the-shelf tv cameras and lenses.</a> IEEE Journal of Robotics and Automation. 3 (4), 323-344 (1987).</li>
<li>Blum, D., Kunwar, S., Johnson, J., Voth, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+nonuniversal+large+scales+on+conditional+structure+functions+in+turbulence%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Fluids%22%5BJournal%5D)">Effects of nonuniversal large scales on conditional structure functions in turbulence.</a> Phys. Fluids. 22 (1), 015107(2010).</li>
<li>Mann, J., Ott, S., Andersen, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+study+of+relative%2C+turbulent+diffusion%5BTitle%5D)+AND+%22RISO+Internal+Report%22%5BJournal%5D)">Experimental study of relative, turbulent diffusion.</a> RISO Internal Report. , R-1036 (1999).</li>
<li>Chan, K., Stich, D., Voth, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+image+compression+for+high-speed+particle+tracking%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Real-time image compression for high-speed particle tracking.</a> Rev. Sci. Instrum. 78 (2), 023704(2007).</li>
<li>Goldstein, H., Poole, C., Safko, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGoldstein%2C+H+%22Classical+Mechanics%2C+3rd+Edition%22">Classical Mechanics, 3rd Edition</a>. , Addison-Wesley Publishing Company. 134-180 (2002).</li>
<li>Parsa, S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Rotational+dynamics+of+rod+particles+in+fluid+flows%22">Rotational dynamics of rod particles in fluid flows</a>. , Wesleyan University. Ph.D. Thesis (2013).</li>
<li>Wijesinghe, S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Measurement+of+the+effects+of+large+scale+anisotropy+on+the+small+scales+of+turbulence%22">Measurement of the effects of large scale anisotropy on the small scales of turbulence</a>. , Wesleyan University. Ph.D. Thesis (2012).</li>
<li>Wallace, J., Foss, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Measurement+of+Vorticity+in+Turbulent+Flows%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">The Measurement of Vorticity in Turbulent Flows.</a> Annu. Rev. Fluid Mech. 27, 469-514 (1995).</li>
<li>Su, L., Dahm, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scalar+imaging+velocimetry+measurements+of+the+velocity+gradient+tensor+field+in+turbulent+flows.+I.+Assessment+of+errors%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Fluids%22%5BJournal%5D)">Scalar imaging velocimetry measurements of the velocity gradient tensor field in turbulent flows. I. Assessment of errors.</a> Phys. Fluids. 8, 1869-1882 (1996).</li>
<li>Lüthi, B., Tsinober, A., Kinzelbach, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lagrangian+measurement+of+vorticity+dynamics+in+turbulent+flow%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Lagrangian measurement of vorticity dynamics in turbulent flow.</a> J. Fluid Mech. 528, 87-118 (2005).</li>
<li>Frish, M., Webb, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+measurement+of+vorticity+by+optical+probe%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Direct measurement of vorticity by optical probe.</a> J. Fluid Mech. 107, 173-200 (1981).</li>
<li>Zimmerman, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tracking+the+dynamics+of+translation+and+absolute+orientation+of+a+sphere+in+a+turbulent+flow%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Tracking the dynamics of translation and absolute orientation of a sphere in a turbulent flow.</a> Rev. Sci. Instrum. 82 (3), 033906(2011).</li>
<li>Zimmerman, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rotational+Intermittency+and+Turbulence+Induced+Lift+Experienced+by+Large+Particles+in+a+Turbulent+Flow%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Rotational Intermittency and Turbulence Induced Lift Experienced by Large Particles in a Turbulent Flow.</a> Phys. Rev. Lett. 106 (15), 154501(2011).</li>
<li>Klein, S., Gibert, M. athieu, Bérut, A., Bodenschatz, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+3D+measurement+of+the+translation+and+rotation+of+finite-size+particles+and+the+flow+field+in+a+fully+developed+turbulent+water+flow%5BTitle%5D)+AND+%22Meas.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Simultaneous 3D measurement of the translation and rotation of finite-size particles and the flow field in a fully developed turbulent water flow.</a> Meas. Sci. Technol. 24 (2), 1-10 (2013).</li>
<li>Bellani, G., Byron, M., Collignon, A., Meyer, C., Variano, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shape+effects+on+turbulent+modulation+by+large+nearly+neutrally+buoyant+particles%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Shape effects on turbulent modulation by large nearly neutrally buoyant particles.</a> J. Fluid Mech. 712, 41-60 (2012).</li>
</ol>

Los autores no tienen intereses en competencia de interés económico alguno.

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...

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 longitud giran como esferas. Una de tales partículas es un gato, que tiene tres brazos perpendiculares entre sí unidos en su centro. Ajuste de las longitudes relativas de los brazos de un conector puede formar una partícula equivalente a cualquier elipsoide tri-axial. Si la longitud de un brazo se fija igual a cero, esto crea una cruz, cuyo elipsoide equivalente es un disco. Las partículas hechas de delgadasbrazos ocupan una pequeña fracción del volumen sólido de sus homólogos elipsoidales sólidos. Como resultado, se sedimentan más lentamente, lo que facilita su partido densidad. Esto permite que el estudio de las partículas mucho más grandes que es conveniente con partículas sólidas elipsoidales. Además, las imágenes se puede realizar a concentraciones de partículas mucho más altos debido a que las partículas bloquean una fracción más pequeña de la luz de otras partículas. En este trabajo, se documentan los métodos para la fabricación y el rastreo de partículas 3D-impreso. Herramientas para el seguimiento de el movimiento de traslación de partículas esféricas a partir de las posiciones de partículas, como se ve por varias cámaras han sido desarrolladas por varios grupos 3,4. Parsa et al. 5 extendió este enfoque para realizar un seguimiento de barras utilizando la posición y orientación de las varillas vistos por varias cámaras. A continuación, presentamos los métodos para la fabricación de partículas de una amplia variedad de formas y la reconstrucción de sus orientaciones 3D. Esto ofrece THe posibilidad de ampliar seguimiento 3D de partículas con formas complejas a una amplia gama de nuevas aplicaciones. Esta técnica tiene un gran potencial para un mayor desarrollo debido a la amplia gama de formas de partícula que puede ser diseñado. Muchas de estas formas tienen una aplicación directa en los flujos ambientales, donde el plancton, las semillas y los cristales de hielo vienen en una gran variedad de formas. Las conexiones entre las rotaciones de partículas y propiedades fundamentales a pequeña escala de los flujos turbulentos 6 sugieren que el estudio de las rotaciones de estas partículas proporciona nuevas formas de ver el proceso en cascada turbulenta.

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

los métodos para medir la orientación y rotación tasa de partículas en la turbulencia impresa en 3d

Methods for Measuring the Orientation and Rotation Rate of 3D-printed Particles in Turbulence

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.

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...

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.

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

Experimental methods are presented for measuring the rotational and translational motion of anisotropic particles in turbulent fluid flows. 3D printing ...

El objetivo general de este experimento consiste en utilizar la impresora 3D para fabricar partículas de una amplia variedad de formas y medir su movimiento en un flujo turbulento. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en dinámica de fluidos, como la forma en que las partículas rotan y se alinean en flujos turbulentos. Su principal ventaja es que permite realizar mediciones precisas resueltas en el tiempo de las orientaciones de partículas con formas complejas, que no podrían lograrse con métodos anteriores.Este método ha proporcionado información sobre el movimiento de discos y esferas en la turbulencia, y puede utilizarse para medir la dinámica de partículas con formas complejas en muchas otras situaciones. En general, las personas nuevas en este método tendrán dificultades con la calibración de la cámara en 3D y con adaptar el algoritmo de detección de orientación a las partículas específicas que se estén utilizando. Para ayudar a demostrar el procedimiento estará Guy Marcus, quien realizó los experimentos originales con cruces y jacks.Comience utilizando un software de diseño asistido por computadora para crear modelos de partículas para impresión. Para crear una tríada usando AutoCAD, primero utilice el comando círculo para dibujar un círculo con un diámetro de 0,3 milímetros. Luego, utilice el comando extruir para hacer un cilindro de tres milímetros de longitud.Los cilindros de este tamaño son los bloques constitutivos de las partículas. Ahora utilice el comando de rotación y seleccione el eje de rotación a lo largo del eje X, y el ángulo de rotación en 90 grados. Ajuste la vista para dejar espacio y poder trabajar con otros cilindros.A continuación, haga una copia del cilindro que será el segundo brazo de la tríada. En el extremo de este cilindro, aplique el comando girar 3D con el eje de rotación a lo largo del eje Z. Gire el cilindro 120 grados para formar la tríada.Mueva el cilindro girado a su posición para formar un brazo de la tríada. Los centros de los extremos del cilindro deben coincidir. Cree y coloque el tercer brazo de la misma manera.Luego, gire el objeto de modo que ningún cilindro apunte a lo largo del eje vertical u horizontal. Cuando todos los brazos estén en su lugar, selecciónelos todos y use el comando unión para combinarlos en un solo objeto. Guarde el archivo en un formato para impresión 3D.Cree las demás partículas que se utilizarán en el experimento siguiendo pasos similares. Además de la triada, existe la cruz formada por dos cilindros ortogonales con un centro común, el jack compuesto por tres cilindros mutuamente ortogonales con un centro común, y la tétrada en la que los cilindros comparten un extremo común y están dispuestos con ángulos de 109,5 grados entre sí. Imprima aproximadamente 10.000 de cada tipo de partícula en modo de alta resolución.Prepárese para almacenar las partículas impresas en una solución en la que sean neutras en cuanto a flotabilidad. Para ello, utilice una solución de cloruro de calcio y aproximadamente 1,600 litros de agua a la densidad de flotabilidad neutra. Retire alrededor de un litro de la solución para almacenar cada tipo de partícula.Lleve el litro de solución al banco de trabajo y comience a trabajar con las partículas. Las partículas utilizadas en este experimento han sido impresas comercialmente. Llegan incrustadas en una resina utilizada como material de soporte.Suelte las partículas rompiendo suavemente las piezas grandes en secciones pequeñas. Trabaje con cada sección masajeándola manualmente hasta que se desprenda la mayor parte del exceso de resina. Esto facilitará los pasos posteriores.Para limpiar aún más las partículas, prepare una solución al 10 % en masa de hidróxido de sodio en un vaso de precipitados. A continuación, coloque algunas partículas y los restos de su envoltura de resina en el vaso para eliminar la resina. Coloque el vaso con la solución en un baño ultrasónico.Mantenga las partículas en el baño ultrasónico durante una hora inicialmente y luego media hora adicional después del enjuague. Para recuperar las partículas, prepare un segundo vaso de precipitados para recibir la solución de hidróxido de sodio del baño y un filtro. Una vez completados los pasos de limpieza ultrasónica, use guantes para retirar el vaso del baño y vierta el contenido a través del filtro hacia el segundo vaso de precipitados.Lave las partículas antes de trasladarlas a la solución con densidad ajustada en la que serán sumergidas para prevenir deformaciones. Estas son partículas que han sido liberadas de su resina, limpiadas en un baño ultrasónico y que ahora están listas para ser teñidas con fluorescencia bajo luz láser verde. Para teñir las partículas, utilice una solución de un litro de colorante Rodamina-B en agua y colóquela sobre una placa calefactora.Caliente el colorante a 80 grados Celsius para el material de esta partícula. Llene ligeramente un recipiente pequeño con partículas del almacenamiento. Esto será aproximadamente 2.500 partículas.Agregue las partículas a la solución de colorante y mantenga la temperatura mientras permanecen sumergidas. Después de aproximadamente dos o tres horas, retire la solución y las partículas del calor. Use una malla y un recipiente separado para filtrar las partículas de la solución.Tenga cuidado de no dañarlos mientras estén blandos debido al calor. A continuación, enjuague cuidadosamente las partículas para eliminar el exceso de colorante. Una vez finalizado, guárdelas en la solución de flotabilidad neutra hasta que sean necesarias para el experimento.El experimento tendrá lugar en un tanque con cámaras colocadas para registrar las partículas en el centro del flujo. Este esquema proporciona una visión general de la configuración del tanque, que tiene una sección transversal octogonal, rejillas oscilantes utilizadas para crear un flujo turbulento, el volumen de medición y las posiciones de las cámaras. Utilice un mínimo de cuatro cámaras para lograr precisión en la medición de orientación.Cada cámara debe tener una resolución de al menos un megapíxel a 450 cuadros por segundo y estar conectada a un ordenador dedicado. Coloque las cámaras con ángulos amplios entre cualesquiera dos de ellas y asegúrese de que todas estén enfocadas en el volumen de medición deseado. Para minimizar la distorsión óptica, se instalan puertos de visualización en el tanque que son perpendiculares a la dirección de visión de la cámara.A continuación, coloque una máscara de calibración de imagen en el volumen de medición del tanque. Esto permitirá el análisis de los datos experimentales recopilados por las cámaras. Para simular las condiciones experimentales, comience a llenar el tanque con la solución neutra de flotabilidad general.Cuando el tanque esté lleno, configure las luces para iluminar la máscara. A continuación, regrese a trabajar con las cámaras. Enfoque cada cámara en el mismo punto de la máscara, luego adquiera y almacene imágenes para la calibración.Después de drenar el tanque, continúe configurando el experimento colocando un láser de itrio aluminio granate de neodimio. Organice un divisor de haz para dirigir parte del haz láser hacia un espejo. La luz va desde el espejo a través de lentes que forman un haz cilíndrico y entra en el tanque.En el lado opuesto del tanque, coloque un espejo para reflejar la luz láser saliente de vuelta a lo largo de su trayectoria. Utilice la otra salida del divisor de haz y una disposición similar de espejos y lentes para crear un haz cilíndrico perpendicular al primero, como se muestra en este esquema de vista superior. Los espejos donde los haces salen ayudan a crear una iluminación más uniforme.Luego, inspeccione el tanque que está lleno con solución neutra de cloruro de calcio desgasificada. Antes de continuar, asegúrese de que las cámaras y el software de adquisición de datos estén listos. Prepárese para agregar al tanque los aproximadamente 10.000 tétradas que han sido preparadas para este experimento.Muévalos a la posición cerca del puerto en la parte superior del tanque. Cuando esté listo, abra el puerto y agregue las partículas al agua en el tanque. Cierre el puerto una vez que se hayan agregado todas las partículas.A continuación, pase al láser. Allí, enciéndalo y abra la abertura del láser. Luego, use los controles de la rejilla para iniciar la oscilación de la rejilla a tres hercios.En el tanque, deje que la rejilla oscile durante aproximadamente un minuto para permitir que la turbulencia se desarrolle completamente. En ese momento, comience la adquisición de datos y registre aproximadamente un millón de cuadros. Al finalizar el ensayo, detenga la recopilación de datos y cierre la abertura del láser.Después de realizar todos los experimentos, diríjase a la salida del tanque. Allí, coloque un filtro para eliminar las partículas de la solución y vacíe el tanque. Guarde las partículas recolectadas en la solución de flotabilidad neutra para su uso posterior.Realice el análisis de datos en las imágenes registradas utilizando software para determinar la posición y orientación de la partícula. Los siguientes pasos se implementan en el software. A partir de cuatro imágenes sincrónicas de una partícula capturadas por las cuatro cámaras, utilice la información bidimensional para determinar su posición tridimensional.Proyecte un modelo numérico tridimensional de la partícula iluminada sobre cada cámara utilizando los parámetros de calibración de la cámara. Esto crea un modelo bidimensional de la intensidad de la luz procedente de la partícula en las cuatro cámaras. A continuación, ejecute una rutina de ajuste por mínimos cuadrados no lineal para encontrar la orientación del modelo que mejor se ajuste a lo observado en las cuatro cámaras.Combine la información de las cuatro cámaras para minimizar la diferencia entre el modelo proyectado sobre cada cámara y la partícula observada. Estos pasos se realizarán para todos los fotogramas que tengan partículas visibles para todas las cámaras. Esta es la evolución de un tétrada en posición y orientación.Observe el cambio discontinuo en la orientación de los brazos de la tétrada, lo cual es posible sin medidas de seguridad. Esta segunda versión de la evolución de la tétrada muestra que el software asegura que los ángulos del aplicador de aceite para cada cuadro sean la rotación más pequeña con respecto al cuadro anterior. La información de posición y orientación se guarda para su uso posterior.Esta es una imagen de cámara de una tétrada en el experimento. En la segunda imagen, el modelo superpuesto indica la orientación determinada por el algoritmo. A pesar de la simplicidad del modelo de intensidad bidimensional, el método produce mediciones precisas de la orientación de las partículas.En el experimento, se utiliza un algoritmo de determinación de orientación para obtener la evolución de los ángulos del lubricador a lo largo de toda la trayectoria de cada partícula. Esto representa una reconstrucción de la trayectoria completa de una tétrada a través del volumen de observación. Esto se logra combinando la orientación y las coordenadas tridimensionales de la partícula en cada cuadro en el que esta es visible para las cuatro cámaras.La longitud de la pista es de 229 cuadros. Téngase en cuenta que la partícula no está dibujada a escala. Los datos también permiten la determinación de la función de densidad de probabilidad de la velocidad de giro medida.Los cuadrados rojos son datos para cruces. Los círculos azules son datos para cruces tipo jack. La línea continua representa el resultado de la simulación numérica de esferas, que coincide muy bien con los datos experimentales.Una vez dominada, esta técnica puede realizarse en tres días si se lleva a cabo correctamente. Al intentar este procedimiento, es importante permitir que las partículas permanezcan varias horas en soluciones de diferentes densidades. También es fundamental asegurarse de que las cámaras estén adecuadamente alineadas, fijas y sincronizadas durante toda la duración del experimento.Tras seguir este procedimiento, se pueden utilizar otros métodos como el seguimiento de partículas trazadoras para medir cómo responden las partículas impresas en 3D al tensor completo del gradiente de velocidad en el flujo circundante. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo utilizar partículas anisotrópicas para extraer información sobre el tensor del gradiente de velocidad a partir de flujo turbulento mediante cuatro imágenes de video estereoscópicas. No olvide que trabajar con el colorante Rodamina-B e hidróxido de sodio puede ser peligroso, y siempre se deben tomar precauciones como el uso de guantes y gafas durante la realización de este procedimiento.

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Ingeniería

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Este papel demuestra el procedimiento experimental para medir velocidades terminales que se asentan de partículas esféricas en fluidos viscoelásticos de adelgazamiento surfactante-basados. Se preparan fluidos en una amplia gama de propiedades reológicas y se miden velocidades de sedimentación para un rango de tamaños de partícula en fluidos ilimitados y fluidos entre paredes paralelas.

Medición Experimental De La Velocidad De Sedimentación De Partículas Esféricas En Fluidos Viscoelásticos De Adelgazamiento No Confinados Y Confinados A Base De Surfactante

Acoustofluidic dispositivos utilizan ondas ultrasónicas dentro de los canales de microfluidos para manipular, concentrar y aislar micro suspensión y entidades nanoscópicas. Este protocolo describe la fabricación y el funcionamiento de tal dispositivo de soporte ondas estacionarias acústicas a granel para centrarse partículas en una línea de corriente central sin la ayuda de fluidos de la vaina.

Fabricación y funcionamiento de los dispositivos de apoyo a granel Acoustofluidic ondas acústicas pie para Sheathless Centrándose de partículas

Un escáner para obtener imágenes de partículas magnéticas en muestras planas se ha desarrollado utilizando la técnica de mezcla de detección magnética de frecuencia plana. La respuesta producto de intermodulación magnético de la magnetización nonhysteretic no lineal de las partículas se registra a una excitación de dos frecuencias. Se puede utilizar para tomar imágenes en 2D de muestras biológicas delgadas.

Frecuencia de mezcla escáner de detección magnética para obtener imágenes de partículas magnéticas en muestras planas

En este trabajo se presenta un aparato basado en la impedancia para la detección de la velocidad de evaporación de soluciones. Se ofrece claras ventajas frente a un enfoque convencional de la pérdida de peso: una respuesta rápida, detección de alta sensibilidad, una pequeña muestra de requerimiento, múltiples mediciones de la muestra, y de fácil desmontaje para su limpieza y reutilización.

Una plataforma basada en la impedancia de alto rendimiento para la Tasa de detección de evaporación

Aprende a fabricar partículas anisotrópicas mediante impresión 3D para medir su orientación y rotación en flujos turbulentos. Este método computacional permite analizar dinámica de partículas complejas con precisión temporal.

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

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