Une Technique analogue macroscopique pour l’étude des processus hydrodynamiques moléculaires dans les liquides et les gaz denses

Résumé

On présente une méthode analogue expérimentalement accessible pour l’étude des processus hydrodynamiques moléculaires dans les fluides denses. La technique utilise la vélocimétrie par image de particules de pieux de grain vibré, haute-restitution et permet l’observation directe, macroscopique des processus dynamiques connu et prédit d’exister en interagissant fortement, haute densité gaz et liquides.

Résumé

Une méthode analogue, macroscopique pour étudier les processus hydrodynamiques échelle moléculaire dans les liquides et les gaz denses est décrite. La technique s’applique une norme fluide dynamique diagnostique, particule vélocimétrie par image (PIV), pour mesurer : i) des vitesses des particules (grains), existants sur collision grain courte, échelles de temps, vitesses ii) des systèmes de particules, sur les deux courts collision-temps - et long, continuum-flux-échelles de temps, iii) collectives modes hydrodynamiques qui existent encore dans les liquides moléculaires denses et iv) fonctions d’autocorrélation vitesse de court et long-temps-échelle, centrales pour comprendre la dynamique des particules à l’échelle dans systèmes de fluides fortement interdépendants, denses. Le système de base se compose d’un système d’imagerie, source lumineuse, capteurs de vibrations, vibration système avec un logiciel connu des médias et analyse et PIV. Mesures expérimentales nécessaires et un aperçu des outils théoriques nécessaires lorsque vous utilisez la technique analogique pour étudier les processus hydrodynamiques échelle moléculaire sont mises en évidence. La technique proposée offre une alternative relativement simple à photoniques et méthodes de diffusion utilisés traditionnellement dans les études hydrodynamiques moléculaires de faisceau de neutrons.

Introduction

Hydrodynamique moléculaire étudie la dynamique et les collections de molécules dans les fluides et mécanique statistique des molécules individuelles. Parmi les nombreuses techniques expérimentales développées pour l’étude des systèmes hydrodynamiques moléculaire^1,2, diffusion de la lumière^1,2,3, des simulations de dynamique moléculaire^{4, 5,6,7} et, dans une moindre mesure, de la diffusion inélastique des neutrons⁸ ont été plus couramment utilisé. Malheureusement, des limitations importantes fixer sur les deux techniques de ce dernier. Des simulations de dynamique moléculaire (DM), par exemple : i) sont limitée aux petites spatiale et temporelle domaines contenant des molécules relativement peu , ii) nécessitent l’utilisation approximative entre particules potentiels, iii) généralement présenter périodique conditions aux limites, non valides en vertu des conditions d’écoulement de non-équilibre en vrac et iv) ne peut pas, à l’heure actuelle, répondre à la question fondamentale de la dynamique de l’échelle moléculaire comment, impliquant des molécules simples ou collections de molécules, sont affectées par et couple Retour à, en vrac, écoulements de fluides non équilibré. La principale limitation liée à la diffusion des neutrons est liée à la difficulté d’accéder à du nombre limité de sources de faisceau de neutrons disponibles.

Afin de fournir le contexte pour la technique expérimentale analogue présentée dans cet article, nous mettons en évidence les techniques de diffusion de la lumière appliqués aux fluides simples de gaz dense et état liquide. Dans une expérience de diffraction de la lumière typique, un faisceau de lumière polarisée laser est dirigé vers un volume petit interrogatoire contenant un échantillon de fluide stationnaire. Lumière diffusée de molécules au sein de l’échantillon est alors détectée à un certain angle fixe par rapport au faisceau incident. Suivant le régime dynamique moléculaire d’intérêt, détection et analyse du signal lumineux épars intègre soit léger filtrage ou light mélange des méthodes de détection. Comme souligné par Berne et Pecora¹, filtrage techniques, qui sonde la dynamique moléculaire état fluide ponctuellement échelles plus courte que s, introduire un interféromètre après diffusion ou un réseau de diffraction et permettent l’analyse de la densité spectrale de la lumière diffusée. Optique, mélangeant les techniques, utilisées pour la dynamique lente-chronologique, s, en revanche, intégrer un analyseur autocorrelator ou spectre après diffusion, dans lequel le contenu spectral du signal diffusé est extraite de la lumière mesurée intensité.

En règle générale, laser sondes, au moins ceux fonctionnant dans la gamme visible du spectre, ont des longueurs d’onde beaucoup plus longues que l’espacement typique entre les molécules de l’état liquide. Dans ces circonstances, le faisceau sonde excite cinq collective, ralentir-chronologique, modes hydrodynamiques de long-longueur d’onde^2,9,10 (lent par rapport à la fréquence de collision caractéristique) : deux visqueux amortie, Counter-propagation des ondes sonores, deux modes de vorticité découplé, purement diffusif et un mode unique par diffusion thermique (entropie). Les modes sonores sont excités dans le sens (longitudinal) du faisceau incident, tandis que les modes tourbillonnaires sont excités dans le sens transversal.

Systèmes de l’état liquide, considérant purement expérimental, deux questions fondamentales, située au coeur de l’équilibre et hors équilibre mécanique statistique de moléculaire, des techniques de diffusion restent au-delà de la lumière et mesures de diffusion des neutrons :
1) spectacle de^{11 9,}arguments rigoureux que la dynamique de collision et sous-sous-collision-temps-échelle aléatoire, de l’état liquide des molécules individuelles, sous réserve de la dynamique newtonienne classique ou dynamique quantique, peut procéder à une refonte de la forme d’équations généralisées de Langevin (GLE). GLE, à leur tour, constituent un outil théorique central dans l’étude de la mécanique statistique de non-équilibre des molécules de gaz denses et liquides. Malheureusement, étant donné que la dynamique des molécules (non macromoléculaire) individuelles ne peut être résolue par une technique de diffusion, il n’existe actuellement aucun moyen direct, au-delà des simulations de MD, pour tester la validité du GLE.
2) une hypothèse fondamentale se trouvant au cœur de la dynamique des fluides macroscopiques continuum, ainsi microscopique moléculaire hydrodynamique, pose en principe que sur longueur - et échelles de temps importants par rapport à des diamètres moléculaires et de la collision, mais petites par rapport au continuum longueur - et échelles de temps, l’équilibre thermodynamique local (LTE) prévaut. Dans le continuum flux et chaleur transfert modèles, comme les équations de Navier-Stokes (NS), l’hypothèse de LTE est obligatoire,⁹ pour couple intrinsèquement non équilibré, les flux de continuum-échelle et les fonctionnalités de transport d’énergie — comme les contraintes de cisaillement visqueux et conduction thermique — strictement équilibre thermodynamique des propriétés, comme la température et l’énergie interne. De même, tandis que microscale transport de quantité de mouvement et d’énergie sont intrinsèquement non équilibré processus, ce qui reflète l’apparence du couplé, masse de micro-échelle, modèles de dynamique et les courants d’énergie, de ces processus micro-échelle supposent que les courants représenter les petites perturbations du LTE⁹. Encore une fois, au meilleur de nos connaissances, on n’a aucun test expérimentale directe de l’Assomption de LTE. En particulier, il semble qu’aucune expériences moléculaires diffusion hydrodynamiques n’ont été tentées dans les écoulements fluides denses, mobiles, non équilibré.

Dans cet article, nous décrivons une technique expérimentale analogique dans lequel la particule macroscopique, unique et la dynamique de la particule collective des pieux de grain vibré, mesurée à l’aide de standard Particle Imaging Velocimetry (PIV), peut être utilisée pour prédire indirectement, interpréter et exposer seul - et multi - molecule hydrodynamique dans les liquides et les gaz denses. Les éléments physiques et théoriques qui permettent la technique proposée sont précisées dans un récent article publié par notre groupe de¹². Expérimentalement, le système macroscopique doit faire preuve : (i) une tendance soutenue à la locale, équilibre mécanique statistique échelle macroscopique et (ii) small, départs linéaires d’équilibre qui imitent les fluctuations de non-équilibre (faibles) observée chez systèmes hydrodynamiques moléculaires. Théoriquement : modèles microscale i classique décrivant l’équilibre et la mécanique statistique faiblement-hors de l’équilibre de dense, interaction des systèmes de particules N doivent procéder à sa refonte sous forme d’échelle macroscopique, et (ii) les modèles résultants de la macro-échelle doivent sûrement prédire la dynamique de l’unique et plusieurs particules, du courts, particule-collision-échelles de temps à, continuum-flux-échelles de temps longues.

Ici, nous présentons un plan expérimental détaillé ainsi que représentant résultats obtenus par cette nouvelle technique. Contrairement à des simulations de MD et de lumière et de méthodes de diffusion de neutrons, la nouvelle technique permet, pour la première fois, l’étude détaillée des processus hydrodynamiques moléculaires au sein qui coule, fortement non équilibré, denses de gaz et liquides.

Protocole

1. préparation du système vibratoire

1. Mettre en place le système vibratoire comme illustré à la Figure 1. Ce système se compose d’un annulaire polyuréthane bol (ayant un diamètre extérieur de 600 mm), attaché à une seule vitesse (1740 rpm), moteur asymétrique, où ce dernier génère des vibrations de processus. Ceci est attaché à une base lestée et séparé par un groupe de huit ressorts (le bol et la base lestée sont achetés assemblés en une seule pièce). Fixez le bol sur son stand et fixer avec deux crochets en caoutchouc fournis. Pompe péristaltique place sur une table près de la cuvette et fixer le tuyau de sortie de pompe pour bol de point d’entrée de lubrification.
   1. Fixer un accéléromètre triaxial sur le rayon intérieur de la cuve annulaire aux vibrations du bol enregistré dans des conditions de faible amplitude et l’accéléromètre de fil à un conditionneur de signal de capteur. Placez le conditionneur de signal sur une table de loin le système vibratoire. La combinaison de conditionneur accéléromètre/signal est contrôlée par l’acquisition de données matérielle/logicielle installée sur un ordinateur standard.
2. Préparer les médias choisis par lavage à l’eau et qui permet de sécher. Plusieurs types de supports ont été utilisés au cours de diverses expériences. Pour cet article, utilisez une céramique polissage médias coupe droite triangle (10 mm x 10 mm x 10 triangle mm vu de l’avant et 10 mm d’épaisseur).
   1. Déterminer les médias densité de tassement en plaçant tout d’abord un sac en plastique vide sur une échelle de laboratoire et de tarage de la balance. Remplir le sac en plastique avec le média choisi (pas à dépasser les 18,927 L (5 gal) et noter le poids des médias (g ou kg). Pour ce type de médias et de la configuration actuelle expérimentale, le poids était 22,68 kg (50 lb).
      1. Placer le seau dans un grand évier, ou en dehors du bâtiment, loin des autres équipements. Remplissez le seau (pour cette mise en place, un seau de 18,927 L (5 gal) a été utilisé) avec de l’eau jusqu'à la marque complète et lentement abaisser le sac en plastique plein de médias dans le seau. Une fois le sac des médias est complètement immergé, augmentez progressivement le sac de l’eau pour éviter les éclaboussures et mettre de côté du sac. Utiliser un cylindre jaugée de 1000 mL pour remplir le seau à sa marque originale complète, enregistrant la quantité totale d’eau ajouté. Cette quantité d’eau ajoutée sera où est le matériau d’emballage volume des médias (pour cette mise en place, 13 750 mL d’eau a été ajoutée vers le seau). La quantité d’eau ajoutée dépendra du type de média utilisé.
      2. Calculer la densité d’emballage du média par l’équation suivante :
         
         où est la densité des médias et est la masse des médias (pour ce média, la densité a été évaluée à 1649 ).
   2. Activer le système vibratoire en le branchant sur la prise électrique (ce modèle dispose de deux options, 1) brancher sur mur ou 2) exécuter avec minuterie attaché pour se tenir). Activer le logiciel d’acquisition de données sur l’ordinateur en appuyant sur la flèche « Start » sur l’utilisateur écrit programme et recueillir des données pendant 1 minute. Données d’accélération seront aussi bien affichées pour examen immédiat (dans les domaine temporel et fréquentiel) et automatiquement stockées dans un fichier .csv pour le post-traitement éventuel. Débranchez l’appareil de la prise électrique pour désactiver le système vibratoire.
   3. Ajouter des éléments multimédias à bol vibrant.
   4. Préparer les composés, composée de 3880 mL d’eau et 120 mL de solution de finition composée (3 % du volume) (FC). Mettre la pompe péristaltique 1,9 L/h (vitesse de rotation cadran à 27 pour atteindre ce débit), mais ne démarrez pas une circulation. Cela garantira que la solution n’est pas recyclée, mais est suffisante pour garder le support humide. (Cette solution est une solution de finition vibratoire couramment utilisée). La solution agit comme un agent lubrifiant et assure les médias ne se serrer les coudes ni ne s’usent au cours de la procédure.
   5. Activer le système vibratoire en le branchant sur la prise électrique. Recueillir des données d’accéléromètre tel que spécifié à l’étape 1.2.2. Débranchez l’appareil de la prise électrique pour désactiver le système vibratoire.

2. haute vitesse imagerie

Remarque : Pour les mesures de champ de vitesse grain, obtenu par une partie de la surface de la pile de grain qui coule, la zone d’imagerie, l’imagerie correspond au champ de vision (FOV) déterminé à l’étape 2.2.4 ci-dessous. Mesure des variables dans le temps, vitesses de grains individuels (à la surface du pieu) peuvent être obtenues en choisissant une sous-zone petite, fixe, , dans où, tel que décrit ci-après, est de l’ordre de la surface projetée d’un grain individuel.

1. Mettre en place une caméra à haute vitesse (l’appareil photo est de résolution 1504 x 1128 jusqu'à 1 000 images par seconde (fps)) pour capturer des images en plaçant sur un trépied ou un châssis rigide avec la lentille perpendiculairement à la surface ouverte du système vibratoire du bâtiment (quand le bol est vibra Ting) comme on le voit à la Figure 1. Ce cadre rigide est distinct du système vibratoire et veille à ce que les vibrations du système n’affectent pas l’imagerie.
   1. Fixez la lentille appropriée pour la zone d’intégration surface souhaitée et la résolution. Pour la mise en place actuelle, utiliser un zoom 18-250 mm avec et un ratio de lentille de 1:3.6 - 6,3.  Fixer le bloc d’alimentation et antenne GPS à caméra.  Joindre photo à l’ordinateur via un câble CAT5.  Placer la caméra de sorte que l’extrémité de l’objectif est d’environ 550 mm au-dessus de la surface des médias.
      NOTE : Placer la caméra trop proche de médias provoquera une augmentation des effets de bord et poser la caméra trop loin provoquera des images est trop sombre pour traiter. À la distance spécifiée, les erreurs dues à des effets de bord et courbure globale de la zone d’essai est < % 2.
   2. Enlever le bouchon d’objectif et démarrer le logiciel de la caméra. Quand il a démarré, cliquez sur le bouton « Caméras » et puis cliquez sur OK. Lorsque la liste de caméras remplit, sélectionnez l’appareil photo dans la liste et cliquez sur Ouvrir.
   3. Dans le logiciel de la caméra sur l’ordinateur, sous l’onglet « Live », cliquez sur le bouton « Live » (flèche bleue) pour afficher le champ de vision de la caméra. Allumez la source de lumière pour illuminer la région à être photographié. Cela peut être toute lumière vive tant qu’il éclaire la zone d’essai uniformément. La figure 1 montre la caméra et la lumière configuration en ce qui concerne le système vibratoire.
   4. Pour déterminer la valeur d’ouverture, regardez l’écran de l’ordinateur avec le flux en direct de la caméra et ajuster le diaphragme au minimum (luminosité maximale). Si la valeur d’ouverture est défini sur faible, il en résulte une faible profondeur de champ. Si la valeur d’ouverture est définie à élevé, l’écran est trop sombre. Dans cette expérience, le f-stop était fixé à 3,6.
   5. Régler la focale sur la lentille pour fournir le champ de vision souhaité (210 mm x 160 mm dans ce cas). Pour cette expérience, régler la longueur focale à 180 mm avec la caméra série 550 mm au-dessus de la surface des médias. Figure 2 a montre le champ de vision grâce à la caméra.
   6. Zoom numérique 500 un grossissement de X en utilisant le logiciel de la caméra. Régler la bague sur l’objectif pour mieux optique mise au point. Zoom numérique retour à 100 % (mode Normal).
   7. Sous paramètres d’Acquisition sur ordinateur, cliquez sur « Taux [Hz] », puis affectez à 500 images par seconde.
      Remarque : Afin de résoudre la collision-grain-échelle de temps dynamique, , doit être au moins un ordre de grandeur supérieure à la fréquence de vibration imposée, (ici, Hz)
   8. Avant de prendre des images, placer une échelle gouvernée dans le champ de vision ; Ceci fournit une échelle de longueur pour le traitement de données d’image ultérieures. Sous paramètres d’Acquisition sur le logiciel de la caméra, sélectionnez l’onglet « Enregistrer » sous « Live ». La valeur « Mode d’enregistrement » cadres « Circulaires » et réglées à 1. Cliquez sur le cercle rouge sous l’onglet « Live » pour enregistrer une seule image comme on le voit dans la Figure 2 b.
   9. Enregistrer l’image acquise sous forme de fichier TIFF vers un emplacement de répertoire du fichier pratique (par exemple un disque dur externe) en cliquant sur « Fichier » et ensuite cliquez sur « Enregistrer les Acquisitions ». Une boîte de dialogue apparaît avec plusieurs options. En regard de type de fichier dans la boîte de dialogue, sélectionnez .tiff dans le menu déroulant.
      1. Sélectionnez l’onglet « Options de téléchargement » en bas de la boîte de dialogue, puis cliquez sur « Parcourir ». En haut de la boîte de dialogue, ajoutez le nom du dossier pour le test. Dans la boîte de dialogue « Parcourir », Rechercher et choisir l’emplacement désiré (par exemple un disque dur externe) et le dossier approprié. Une fois que le dossier a été sélectionné, cliquez sur « OK » puis sur « Enregistrer ». La boîte du gestionnaire de téléchargement s’affiche. Le fichier commence à transférer et être enregistré à l’emplacement de fichier spécifié dans le sous-dossier 001. Une fois que l’image a transféré, une boîte d’état « Terminé » s’affiche sur l’écran.
      2. Supprimez l’image de la caméra en cliquant sur le bouton delete rouge.
         Remarque : Le protocole peut être suspendu ici.

3. collecte de données

Remarque : Si le protocole a été suspendu, l’appareil devra être redémarré. Suivez l’étape 3.1. Si le protocole n’était pas suspendu, passez à l’étape 3.1.2.

1. Démarrer le logiciel de la caméra et allumer l’éclairage tel que spécifié à l’étape 2.
   1. Avec le logiciel de la caméra activée, vérifiez les conditions de lumière et exécutez direct tel que décrit à l’étape 2.2.2. afin d’assurer la bonne mise au point.
   2. Choisissez un moment de l’exécution expérimental total,
      Remarque : Deux exigences contradictoires doivent être respectées : i) doit être suffisamment longue que des conditions d’écoulement des grains statistiquement stationnaire installée, et ii) ne devrait pas être si longtemps quant à produire de grandes quantités de données superflues. L’échelle de temps sur lequel apparaissent des conditions fixes doit être déterminée par essai et erreur. Diverses méthodes, de rigueur variable, peuvent être utilisés. Par exemple, i) s’assurer que la vitesse de grain moyen de temps à un point fixe, ou à plusieurs des points fixes, atteint une ampleur nominalement fixe ou ordres de grandeur, ou ii) de veiller à ce que, en plus des moyens fixes, écarts correspondants également assument nominalement fixes ordres de grandeur. Pour cette expérience, les données ont été recueillies pour 10.12 s, correspondant à l’acquisition de 5060 images. Conditions de régime dans l’écoulement du grain figurant après environ 1 s.
2. Activer le bol vibrant.
   1. Étaler 150 mL de finition/lubrification composé (étape 1.2.4) uniformément autour de la cuvette pour fournir un mouillage initial des médias ; et puis placer pot restant composé sur le plancher avec un tuyau fixé à la pompe péristaltique. Activer la pompe péristaltique (tel que défini à l’étape 1.2.4) en basculant l’interrupteur de « off » à « droite ».
   2. Tournez le bol vibrant en le branchant sur une prise électrique et attendre au moins une minute afin d’assurer le même mouillage et stabiliser un mouvement fluide dans les médias (mouvement fluid constant se produit lorsque le flux de fluide entrant dans le bol de la pompe péristaltique est à peu près égales à l’écoulement du fluide s’écoulant de la vidange de la cuvette.
3. Capture vidéo et collecte des données.
   1. Une fois que le liquide atteigne le mouvement constant (étape 3.2.2), déclencher l’appareil photo en cliquant sur l’icône Enregistrer rouge sur l’écran de l’ordinateur et puis cliquez sur la coche rouge déclencheur pour enregistrer des images pour l’élu fois durée, . La caméra permettra d’enregistrer des images pour les et enregistrer les images dans sa mémoire interne. Figure 2 a est un exemple d’une seule image d’une série de 5060 images prises.
   2. Une fois que les données sont collectées, arrêter le système vibratoire en débranchant de la prise électrique et désactiver la pompe péristaltique en basculant l’interrupteur de « droite » sur « off ».
      Remarque : Le protocole peut être suspendu ici.

4. traiter les données vidéo avec PIV

1. Préparer la haute vitesse des images de caméra pour le traitement de la PIV.
   1. Enregistrer les images acquises sous forme de fichiers TIFF, suivant la procédure décrite à l’étape 2.1.9. (Dans le système actuel, 5060 trames d’images collectées plus 10,12 s prend plus d’une heure de transfert). Une fois que les images sont transférées, une boîte d’état « Terminé » s’affiche sur l’écran. Les fichiers seront enregistrés dans le même répertoire que le fichier de calibration dans un sous-dossier identifié comme 002. Supprimer les images de la caméra.
   2. Convertir les images couleur en images en niveaux de gris pour permettre le traitement par le logiciel PIV. Téléchargez les images dans le logiciel d’analyse de données en utilisant une fonction de « imread() ». Convertir une copie des images en utilisant la fonction « rgb2gray() » et enregistrer/Ecrire ces nouvelles images dans un nouveau dossier en utilisant la fonction « imwrite() ».
      NOTE : Cette fonction d’analyse de données/process est disponible pour plusieurs types de logiciels d’analyse de données et est écrit comme un programme complet par le chercheur. Figure 2 c est un exemple d’une image zoomée dans après qu’il a été convertie en niveaux de gris et été traitées par PIV.
2. Logiciel PIV permet de calculer les champs de vitesse.
   1. Utilisez l’Assistant importation pour importer l’ensemble des images en niveaux de gris sous forme d’images de trame unique dans l’environnement du logiciel PIV. Commencer l’importation en cliquant sur « Fichier » et sélectionnez « Importer » et « Importer des Images ».  La boîte de dialogue Assistant importation image apparaîtra.  Choisissez l’option d’importation « Single Frame » dans le menu et cliquez sur le bouton « Ajouter des Images ».  Sélectionnez étalonnage image et cliquez sur « Open », qui ajoute l’image à la zone de liste de dialogue « Images à importer ».  Lorsque vous importez des images, ajouter l’image de calibration (étape 2.1.9) d’abord pour qu’il soit l’image du haut dans la liste d’importation.  Cliquez de nouveau sur le bouton « Ajouter des Images » et mettre en évidence toutes les images de données et cliquez sur « Ouvrir » pour les ajouter à la boîte de dialogue « Images d’importation ».  Une fois que toutes les images souhaitées sont sélectionnées, cliquez sur « Suivant ». Entrez les paramètres de l’appareil utilisés, notamment cadre taux et pixel pitch dans les boîtes de dialogue. Cliquez sur « Suivant » et « Terminer » pour terminer le processus d’importation.
   2. Séparer l’image de calibration de l’ensemble de l’image et les paramètres d’échelle de longueur d’entrée dans le logiciel PIV.
      1. Si la liste de contenu n’est pas déjà affichée, cliquez avec le bouton droit sur l’ensemble de l’image importée et sélectionnez « Afficher contenu liste » sur le côté gauche de l’écran dans l’arborescence de base de données. En supposant que l’image de calibration a été la première image importée, faites un clic droit de la deuxième image dans la liste, puis sélectionnez « Split Ensemble from Here ». Glissez et déposez l’image nouvellement créée (contenant seulement l’image de calibration) vers l’emplacement sur la gauche de l’écran marqué « Nouvel étalonnage ».
      2. Cliquez avec le bouton droit sur l’ensemble d’images de calibration nouvellement placés et sélectionnez « Facteur d’échelle de mesure ». Lorsque l’image de calibration s’affiche à l’écran, les « A » et « B » marqueurs de position sur l’image en règle (ou un autre objet de connaître la taille si le dirigeant n’a pas été utilisé) et entrez la distance entre les marqueurs dans la zone de texte « Distance absolue ». Cliquez sur « OK » dans la boîte de dialogue « Facteur d’échelle de mesure », qui va enregistrer les paramètres de calibrage et fermer la boîte de dialogue et de l’image de calibration.
   3. Créer un ensemble de paires d’images en sélectionnant l’ensemble de l’image importée, cliquez sur « Analyser ». Ensuite, sélectionnez « Faire Double Frame » de la liste des méthodes d’analyse disponibles. Choisissez "(1-2, 2-3, 3-4... (N-1) double images) » option de style.
      1. Ouvrez n’importe quelle image dans l’ensemble de l’image (sauf image de calibration) et faites un clic droit sur l’image et sélectionnez « Densité de particules ». Un affichage de boîte de dialogue reconnu particules apparaîtra sur l’écran. Il vous montrera un zoomée en vue d’une zone de la sonde. Cliquez sur onglet Paramètres sur cette boîte de dialogue et modifier la « Zone de taille de sonde » jusqu'à ce qu’un minimum de 3 particules apparaissent constamment dans le domaine de la sonde.  Cette taille de zone de sonde sera la taille de la zone interrogatoire entrée à l’étape 4.2.5.
   4. Utilisez la commande « Analyze » sur l’image sélectionnée, choisissez PIV traitement algorithme et les paramètres associés à la valeur. Sélectionnez la méthode de « Corrélation adaptative » et définir la zone de pixels qui sera utilisé pour définir un vecteur dans l’espace à l’étape 4.2.5. (Ce processus divise les images en une grille de n × n pixel « Interrogatoire Areas »)
   5. Définir la taille de zone d’interrogatoire en localisant l’onglet « Domaines d’interrogatoire » et sélection de l’une des tailles disponibles interrogatoire zone entre le minimum de 8 pixels et le maximum de 256 pixels (car il a utilisé cette méthode, les 32 pixels x 32 pixels). Entrez la valeur déterminée à l’étape 4.2.3.1.
      1. Pour augmenter la densité des vecteurs créé, ajouter le pourcentage de « Chevauchement » zone interrogatoire en choisissant le chevauchement de 0 %, 25 %, 50 % ou 75 % dans le menu déroulant.
   6. Effectuer une analyse menant à champ de vitesse mesurée de grain en sélectionnant « OK » dans la boîte de dialogue « Correlation adaptative ». Le système se mettra à l’analyse.  Comme le système traite les données, la première carte de vecteur apparaîtra sur l’écran. Inspecter les champs de vitesse plusieurs premiers pour déterminer si elles apparaissent satisfaisantes par vitesse estimée et la direction comme on le voit à la Figure 2c. Si le champ de vitesse n’apparaît pas réaliste, d’annuler la session de l’analyse, répétez l’étape 4.2.4 et modifier les paramètres de l’analyse. (Une fois l’analyse terminée, un champ de guidage, couvrant le champ de vision, est créé pour chaque couple d’images dans le jeu (étape 4.2.3)). Figure 2c montre un champ de vecteurs satisfaisant d’exemple au cours du processus d’analyse qui a été superposé à une image de niveaux de gris.
      Remarque : Pour chaque zone interrogatoire de n × n pixels, le logiciel PIV compare le modèle de sous-sous-grain à l’échelle des points lumineux dans la zone d’interrogation contre des modèles correspondants capturé dans l’image suivante. De cette comparaison, le logiciel PIV détermine un vecteur de déplacement zone moyenne, et enfin, en divisant par l’incrément de temps entre les images, , la vitesse moyenne de la zone, où se réfère à zone d’interrogatoire . Dans les expériences actuelles, chaque zone d’interrogatoire se composait de n x n = 32 x 32 pixels ; le nombre total des zones d’interrogation subdiviser chaque 210 x 160 mm champ de vision était donc 47 x 35, correspondant aux pixels de 1504 x 1128.

5. traitement des données vibratoires

NOTE : Étape 5 peut se faire simultanément avec l’étape 4 si l'on utilise différents systèmes informatiques ou logiciels d’analyse.

1. Ouvrez le logiciel d’analyse de données et en utilisant la fonction de « load() » d’apporter à l’accéléromètre données qui a été acquise lorsque le bol vibrant était vide (étape 1.2.2). Faire un jeûne transformée de Fourier des données à l’aide de la fonction « fft() ». Créer une figure des données à l’aide de la fonction de « complot ». Répéter l’opération avec les données qu’il a acquis quand le bol vibrant eu médias présents (étape 1.2.5).
   NOTE : Cette fonction d’analyse de données/process est disponible pour plusieurs types de logiciels d’analyse de données et est écrit comme un programme complet par le chercheur.
   1. Afin d’étudier les processus hydrodynamiques moléculaires, un certain nombre d’opérations de traitement des données est généralement nécessaire. Consultez les sections représentant résultats et Discussion ci-dessous pour les contours de la procédure de traitement principale ; Voir Keanini, et al. (2017) ¹² pour plus d’informations sur les données PIV comment mesurées peut être utilisé pour extraire des informations dynamiques sur des systèmes hydrodynamiques moléculaires.

Résultats

En présentant les résultats représentatifs, nous nous référons aux processus de continuum-chronologique que ceux observés et prévus sur des échelles de temps, qui sont long par rapport à l’échelle de temps de collision de grain caractéristique, et particule-chronologique

Discussion

Afin d’utiliser le grain vibré pieux comme analogues macroscopiques pour enquêter sur les processus hydrodynamiques moléculaires, un expérimentateur doit, d’une part, apprendre et utiliser quatre mesures de base et d’autre part, maîtriser quelques éléments de base d’équilibre et hors de l’équilibre mécanique statistique. Se concentrant d’abord sur des mesures expérimentales, il s’agit : i) la mesure de la dynamique des grains individuels par le biais de mesure de la fonction d’autocorrélation de vitesse de la particule, ...

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Bol de polissage vibrant	Raytech	AV-75
Débitmètre	Pompes péristaltiques	913 Mity Flex
Scale	Pelouze	4040
Accéléromètre triaxial	PCB Piezotronics	PCB 356B11	Accéléromètre avec capteur Conditionneur de
signal Ordinateur d’acquisition de données	IBM	Thinkpad	Utilisé avec caméra
haute vitesse	Redlake	Motionxtra HG-XR
Objectif zoom	Tamron	Modèle A18	18-250mm F/3.5-6.3  ;
Lampe haute intensité	ARRI	EB 400/575 D
Ordinateur de traitement de données	Dell	Dell Precision Tower 7910
PIV Software  ;	Dantec Dynamics	Dynamic Studio 2013	version 3.41.38
Matériel d’acquisition de données	National Instruments	SCXI	SCXI-1000 Chasis avec carte SCXI 1100 et adaptateur SCXI 1303
Logiciel d’acquisition de données	National Instruments Logiciel	LabVIEW 2012
	MATHWORKS	MATLAB
Supports de polissage	Rosler	RSG 10/10S	Plusieurs types de supports utilisés (mixte, sphérique, triangulaire)
Solution de polissage	Rosler	FC KFL (3 %)	3 % solution savonneuse à l’eau
Règle Scale	Swiss Precision Instruments	13-911-3
Cylindre gradué	Global Scientific	601082