Quantifier mélange à l'aide d'imagerie par résonance magnétique

L’objectif global de l’expérience suivante est d’utiliser l’imagerie par résonance magnétique comme outil puissant pour évaluer les équipements de mélange et de traitement. Ceci est réalisé en combinant deux flux liquides dans un mélangeur statique divisé et recombiné. Les Mr.Images sont obtenues en sélectionnant un protocole d’imagerie approprié.

Ces images permettent la caractérisation du mélangeur. Les résultats de performance sont obtenus pour une application pertinente aux produits de soins personnels, mais la procédure peut être appliquée à une large gamme de fluides alimentaires, chimiques, de biomasse et biologiques. Le principal avantage de l’utilisation de l’imagerie par résonance magnétique par rapport à d’autres techniques, telles que la vidéo, est que les matériaux opaques peuvent être visualisés.

De plus, les informations sont quantitatives et les concentrations de composants et le degré de mélange peut être calculé. Visualiser, mixer. L’utilisation de l’IRM peut être utile pour valider les fluides numériques, les simulations dynamiques et les processus de fabrication en comparant détaillées les distributions de concentration mesurées spatialement aux distributions de concentration calculées.

Le mélangeur SAR est composé d’un certain nombre de plaques différentes posées dans un tuyau en PVC. Chaque plaque découpée au laser est composée de PMMA et découpée à 1,59 millimètre d’épaisseur. Chaque plaque est munie d’une clé rectangulaire qui l’aligne le long d’une tige en acrylique.

Dans un tuyau en PVC, le plastique peut être transparent ou opaque. Les plaques ont différents modèles qui ont des ouvertures à travers lesquelles les fluides peuvent s’écouler. Les plaques sont posées dans le tuyau selon un motif répétitif qui donne lieu à des tunnels qui se mélangent.

Les deux fluides qui traversent la plaque du tuyau S sont utilisés pour faire circuler les deux fluides qui entrent dans le motif répétitif. Un flux de fluide est au centre et le fluide coule au-dessus et en dessous. Ils sont à un débit relatif de 10 pour un.

Ensuite, les fluides se rencontrent dans un canal ouvert, qui est constitué de huit plaques de type C. Les fluides sont ensuite physiquement séparés en deux canaux verticaux par huit plaques de la plaque I.La section suivante est composée de 16 plaques uniques, qui tournent chaque flux de fluide est tordu de 90 degrés dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Le fluide s’écoule ensuite à travers huit plaques qui divisent les fluides en deux canaux horizontaux.

Le motif répétitif se termine par huit plaques à canal ouvert. Dans l’ensemble, le motif s’est répété six fois à travers le tuyau en PVC. Assemblez un système d’écoulement pour pomper la solution carbo pole à travers le mélangeur statique divisé en ligne et recombiné, commencez par positionner le mélangeur dans l’aimant.

L’aimant fait partie d’un spectromètre imageur à aimant permanent unique Tesla avec une force de gradient de crête de 0,3 Tesla par mètre et un boîtier presque cubicule capable de contrôler et d’enregistrer le débit massique des fluides d’essai. De plus, incorporez un transducteur de pression en amont du mélangeur pour surveiller la pression, une bobine de radiofréquence composée d’un solénoïde à quatre tours dans les cas de volume cylindrique et s’adapte étroitement au tuyau en PVC. Enfin, deux solutions distinctes sont reliées aux admissions.

Dans cette démonstration, les solutions seront du carbopol avec ou sans chlorure de manganèse. Préparez la solution de carbopol en tamisant lentement une quantité pondérée de polymère dans de l’eau désionisée dans un réservoir agité. Neutralisez la solution de carbopol avec une solution d’hydroxyde de sodium à 50 % à pH sept.

La neutralisation permet à la solution d’atteindre sa viscosité maximale lorsque le polymère gonfle dans l’eau. Pour former un gel, préparez une deuxième solution de carbo pôle dopée qui contient l’IRM. Agent de contraste chlorure de manganèse. Pour caractériser le comportement de l’écoulement ou la rhéologie, utiliser une géométrie coquette standard à une température de fluide de 25 degrés Celsius permet de mesurer la viscosité de cisaillement.

Utilisez un balayage de contrainte pure à l’état stationnaire de 0,1 à 500 pascal en mode rythmique LA avec 10 points par décennie et une tolérance de 5 %. Mesurez ensuite la déformation sur un balayage de fréquence de 628 à 0,63 rad par seconde en mode logarithmique LA avec 10 points par décade. Lors de la sélection des paramètres d’imagerie, nous devons prendre en compte le rapport signal/bruit total dans l’image ainsi que le contraste et l’intensité du signal entre la région dopée et la région activée.

Dans ce cas, nous avons choisi une séquence d’écho de gradient, et nous avons choisi les concentrations de la. pour nous donner une dépendance linéaire de l’intensité du signal sur la concentration. La séquence MR n’inclut pas la compensation de débit.

Ainsi, pour éviter les artefacts de mouvement, l’imagerie est réalisée sur des temps d’imagerie liquide au repos de l’ordre d’une à quatre minutes. Repositionnez le mélangeur pour imager les volumes à différents emplacements axiaux. Faites glisser le tube mélangeur axialement à travers l’aimant jusqu’à ce que le volume souhaité se trouve au centre de la bobine RMN au centre de l’aimant.

Répétez ensuite le processus d’imagerie. Enfin, analysez les données RM à l’aide de procédures d’analyse d’images pour documenter la distribution spatiale des concentrations de composants. Dans ce travail, les propriétés logiques réelles des deux solutions étaient indiscernables.

Les propriétés viscoélastiques de la solution présentaient la caractéristique d’un système de gel avec un stockage supérieur à la perte, le module et la perte étant assez constants. La pente d’une perte sur le stockage a augmenté à une fréquence plus élevée, et le décalage de phase correspondant a suivi la même tendance pour évaluer la contribution relative des forces visqueuses aux forces d’inertie pendant l’écoulement. Les nombres de Reynolds ont été calculés comme le flux moyen à travers les plaques.

Ces valeurs, qui sont bien inférieures à 1,0, indiquent que les forces visqueuses ont dominé les forces d’inertie. Ainsi, le mélange s’est fait par étirement laminaire et cisaillement plutôt que par turbulence. Pour illustrer la puissance de la visualisation de l’écoulement à l’aide de l’IRM, les résultats suivants sont des images sélectionnées à différents emplacements axiaux.

Le mélangeur SAR divise efficacement et uniformément les flux, comme illustré sur les images des plaques H en aval des première, deuxième et troisième sections de mélange. Le nombre de bandes de fluide dopé a doublé dans chaque section de mélange. La modification des seuils de valeur de l’image montre que les bandes de liquide dopé augmentent à chaque passage dans le motif.

Une séquence d’images à travers le virage de 90 degrés dans le sens inverse des aiguilles d’une montre dans le mélangeur montre comment les flux verticaux deviennent des flux horizontaux dans le processus de mélange à travers l’ensemble du tunnel. Les deux flux de fluide sont doublés plusieurs fois Lorsque vous essayez d’effectuer ces mesures, il est important de se rappeler que le temps de mesure doit être très court par rapport au temps nécessaire à la diffusion moléculaire pour affecter les distributions de concentration des composants. Ces mesures expérimentales du mélange sont particulièrement utiles pour tester l’impact des modèles constitutifs de la rhéologie des fluides utilisés dans les simulations numériques de la dynamique des fluides du mélange, et d’un mélangeur divisé et recombiné.

Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’utiliser l’imagerie par résonance magnétique pour étudier les distributions de concentration dans un mélangeur statique.