Name: Méthodes de mesure de lorientation et de rotation Taux de particules dans Turbulence 3D-imprimés (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-06-24T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 34 s
Description: Découvrez comment mesurer l'orientation et la rotation de particules anisotropes dans des écoulements turbulents en utilisant l'impression 3D et l'imagerie vidéo stéréoscopique. Cette méthode permet des mesures précises de la dynamique des particules complexes.

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<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>
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<li>Open Source Particle Tracking Velocimetry. , Open PTV Consortium. Available from:
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<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>
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<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>

Les auteurs ont aucun intérêt financier concurrents à divulguer.

Les mesures de la vorticité et la rotation des particules dans l&#39;écoulement de fluide turbulent ont longtemps été reconnus comme des objectifs importants en mécanique des fluides expérimentaux. La rotation du corps solide de petites sphères en turbulence est égale à la moitié du tourbillon de fluide, mais la symétrie de rotation de sphères a une mesure directe de leur rotation difficile corps solide. Traditionnellement, le tourbillon de fluide a été mesurée à l&#39; aide complexe, multi-capteur, à fil chaud sonde <s...

Dans une publication récente, nous avons introduit l&#39;utilisation de particules fabriqués à partir de multiples bras minces pour mesurer le mouvement des particules de rotation dans la turbulence 1. Ces particules peuvent être fabriquées en utilisant des imprimantes 3D, et il est possible de mesurer avec précision leur position, l&#39;orientation, et la vitesse de rotation à l&#39;aide de plusieurs caméras. L&#39; utilisation d&#39; outils de la théorie du corps mince, il peut être démontré que ces particules ont des ellipsoïdes efficaces 2 correspondant, et les mouvements de ces particules de rotation sont identiques à celles de leurs ellipsoïdes efficaces respectives. Les particules avec bras symétriques de longueur égale tournent comme des sphères. Une telle particule est un vérin, qui a trois branches mutuellement perpendiculaires attachés à son centre. Ajuster les longueurs relatives des bras d&#39;un vérin peut former une particule équivalente à une ellipsoïde à trois axes. Si la longueur d&#39;un bras est fixé égal à zéro, ce qui crée une croix, dont l&#39;ellipsoïde équivalent est un disque. Les particules en mincesles bras prennent une petite fraction du volume solide de leurs homologues solides ellipsoïdales. En conséquence, ils sédimentent plus lentement, ce qui les rend plus facile à match de densité. Ceci permet l&#39;étude des particules beaucoup plus grandes que ce qui est idéal avec des particules ellipsoïdales solides. En outre, l&#39;imagerie peut être effectuée à des concentrations de particules beaucoup plus élevées, car les particules bloquent une plus petite fraction de la lumière provenant d&#39;autres particules. Dans cet article, les méthodes de fabrication et le suivi des particules de 3D-imprimés sont documentés. Outils pour suivre le mouvement de translation des particules sphériques à partir de positions de particules vus par plusieurs caméras ont été développés par plusieurs groupes 3,4. Parsa et al. 5 a étendu cette approche pour suivre des tiges en utilisant la position et l&#39; orientation des tiges vues par plusieurs caméras. Ici, nous présentons des procédés de fabrication des particules d&#39;une grande variété de formes et de reconstruire leurs orientations 3D. Cette offre ee possibilité d&#39;étendre le suivi 3D de particules de formes complexes à un large éventail de nouvelles applications. Cette technique a un grand potentiel de développement en raison de la large gamme de formes de particules qui peut être conçu. Beaucoup de ces formes ont des applications directes dans les flux environnementaux, où le plancton, les graines et les cristaux de glace viennent dans une vaste gamme de formes. Les connexions entre les rotations de particules et des propriétés à petite échelle fondamentaux des écoulements turbulents 6 suggèrent que l&#39; étude des rotations de ces particules offre de nouvelles façons de regarder le processus en cascade turbulent.

<table><tbody><tr><td>Condor Nd :YAG 50 W laser</td><td>Quantronics</td><td>532-30-M</td><td></td></tr><tr><td>Caméra haute vitesse</td><td>Basler</td><td>A504k</td><td></td></tr><tr><td>Caméra haute vitesse</td><td>Mikrotron</td><td>EoSens Mc1362</td><td></td></tr><tr><td>Rhodamine-B</td><td>ScienceLab.com</td><td>SLR1465</td><td></td></tr><tr><td>Hydroxyde de sodium</td><td>Macron</td><td>7708</td><td>Pellets.</td></tr><tr><td>500 Imprimante 3D Connex</td><td>Objet Utilisé</td><td></td><td>pour fabriquer des particules plus petites. Particules commandées à RP+M (prototypage rapide plus fabrication).</td></tr><tr><td>VeroClear</td><td>Stratasys</td><td>RGD810</td><td>Objet matériau de construction.</td></tr><tr><td>Résine photopolymère Clear Form 1</td><td>Formlabs</td> Objectifs cylindriques et sphériques <td></td><td></td></tr><tr><td>Objectifs</td><td></td><td></td> de caméra macro de 200 mm <td>à monture F.</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bain à ultrasons</td><td>Sonicator</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chlorure de calcium</td><td>Spectrum Chemical Mfg. Corp.</td><td>CAS 10043-52-2</td><td>Granulés.</td></tr><tr><td>Logiciel de conception de systèmes LabVIEW</td><td>National Instruments</td><td></td><td>Utilisé pour déclencher des caméras, une grille de contrôle et un laser.</td></tr><tr><td>Logiciel XCAP</td><td>EPIX</td><td></td><td>Utilisé avec LabVIEW pour déclencher des caméras.</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>Mathworks</td><td></td><td>Utilisé pour l’analyse d’images et de données. Des programmes permettant d’extraire des orientations 3D à partir de plusieurs images sont inclus dans cette publication.</td></tr><tr><td>OpenPTV : Open Source Particle Tracking Velocimetry</td><td>Consortium OpenPTV ParaView</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Kitware</td><td></td><td></td></tr><tr><td>AutoCAD</td><td>AutoDesk</td><td></td><td>Utilisé pour concevoir toutes les particules. Les captures d’écran des conceptions de particules sont toutes d’AutoCAD.</td></tr><tr><td>Maille avec trous de 0,040 x 0,053 pouce</td><td>Filet industriel</td><td>XN5170&ndash ; 43.5</td><td></td></tr><tr><td>Filtres de caméra</td><td>Schneider Optics</td><td>B+W 040M</td><td></td></tr></tbody></table>

méthodes de mesure de l&#39;orientation et de rotation taux de particules dans turbulence 3d-imprimés

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

Les méthodes expérimentales sont présentées pour mesurer le mouvement des particules anisotropes de rotation et de translation dans les écoulements turbulents. La technologie d&#39;impression 3D est utilisé pour fabriquer des particules avec bras minces connectés à un centre commun. Formes explorées sont des croix (deux barres perpendiculaires), vérins (trois barres perpendiculaires), triades (trois tiges en triangle symétrie plane), et tétrades (quatre armes dans la symétrie tétraédrique). Des procédés de production de l&#39;ordre de 10000 particules par fluorescence teints sont décrits. Les mesures de résolution temporelle de leur orientation et la vitesse de rotation du corps solide sont obtenus à partir de quatre vidéos synchronisées de leur mouvement dans un écoulement turbulent entre oscillant grilles avec R λ = 91. Dans ce relativement faible Reynolds flux de nombre, les particules advectées sont assez petits qu&#39;ils se rapprochent de particules de traceur ellipsoïdales. Nous présentons les résultats des trajectoires en temps résolu en 3D de la position et l&#39;orientation des particulesainsi que des mesures de leur taux de rotation.

La figure 3a montre une image d&#39;une tétrade d&#39;un de nos caméras au- dessus d&#39; un terrain de l&#39;angles d&#39; Euler obtenu à partir d&#39; une section de sa trajectoire (Figure 3c). Dans la figure 3b, les résultats de l&#39;algorithme d&#39;orientation d&#39;enquête, décrite dans le protocole de 5 à 5,3, sont superposées sur l&#39;image de tétrade. Les bras de la tétrade sur la figure 3a ne suivent pas les ...

Nous utilisons l’impression 3D pour fabriquer des particules anisotropes en forme de vérins, de croix, de tétrades et de triades, dont les alignements et les rotations dans l’écoulement de fluide turbulent peuvent être mesurés à partir de plusieurs images vidéo simultanées.

Méthodes de mesure de l&#39;orientation et de rotation Taux de particules dans Turbulence 3D-imprimés

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

L'objectif général de cette expérience est d'utiliser l'imprimante 3D pour fabriquer des particules ayant une grande variété de formes et de mesurer leur mouvement dans un écoulement turbulent. Cette méthode peut aider à répondre à des questions fondamentales en dynamique des fluides, comme la manière dont les particules tournent et s'alignent dans des écoulements turbulents. Son principal avantage est qu'elle permet des mesures précises résolues en temps des orientations de particules ayant des formes complexes, ce qui n'était pas réalisable avec les méthodes antérieures.Cette méthode a permis d'obtenir des informations sur le mouvement de disques et de sphères en turbulence, et peut être utilisée pour mesurer la dynamique de particules aux formes complexes dans de nombreuses autres situations. En général, les personnes novices dans cette méthode éprouveront des difficultés avec l'étalonnage des caméras en 3D et l'adaptation de l'algorithme de détermination de l'orientation aux particules spécifiques utilisées. Pour aider à démontrer la procédure, Guy Marcus, qui a réalisé les expériences initiales avec des croix et des patiences, sera présent.Commencez par utiliser un logiciel de conception assistée par ordinateur pour créer des modèles de particules destinés à l'impression. Pour créer un triade à l'aide d'AutoCAD, utilisez d'abord la commande cercle pour dessiner un cercle de diamètre 0,3 millimètre. Ensuite, utilisez la commande extrusion pour former un cylindre de trois millimètres de long.Les cylindres de cette taille constituent les éléments de base des particules. Utilisez maintenant la commande de rotation et sélectionnez l'axe de rotation selon l'axe X, avec un angle de rotation de 90 degrés. Ajustez la vue pour laisser suffisamment d'espace afin de travailler avec d'autres cylindres.Ensuite, créez une copie du cylindre qui formera le deuxième bras du triade. À l'extrémité de ce cylindre, appliquez la commande de rotation 3D avec l'axe de rotation aligné sur l'axe Z. Faites pivoter le cylindre de 120 degrés pour former le triade.Déplacez le cylindre tourné en position pour former un bras du triade. Les centres des extrémités du cylindre doivent coïncider. Fabriquez et positionnez le troisième bras de la même manière.Ensuite, faites pivoter l'objet afin qu'aucun cylindre ne soit aligné selon l'axe vertical ou horizontal. Lorsque tous les bras sont en place, sélectionnez-les tous et utilisez la commande d'union pour les réunir en un seul objet. Enregistrez le fichier dans un format adapté à l'impression 3D.Créez les autres particules à utiliser dans l'expérience en suivant des étapes similaires. En plus de la triade, il existe la croix composée de deux cylindres orthogonaux ayant un centre commun, le jack constitué de trois cylindres mutuellement orthogonaux ayant un centre commun, et la tétrade dans laquelle les cylindres partagent une extrémité commune et sont disposés selon des angles de 109,5 degrés les uns par rapport aux autres. Faites imprimer environ 10 000 exemplaires de chaque type de particule en mode haute résolution.Préparez une solution dans laquelle les particules imprimées seront stockées en condition de flottabilité neutre. Pour cela, utilisez une solution de chlorure de calcium et environ 1 600 litres d’eau à la densité de flottabilité neutre. Retirez environ un litre de la solution pour stocker chaque type de particule.Prenez le litre de solution et placez-le sur la paillasse pour commencer à manipuler les particules. Les particules utilisées dans cette expérience ont été imprimées industriellement. Elles arrivent encapsulées dans une résine servant de matériau de support.Libérez les particules en cassant délicatement les grosses pièces en petits morceaux. Travaillez chaque morceau en le malaxant manuellement jusqu'à ce qu'une grande partie de la résine excédentaire soit éliminée. Cela facilitera les étapes ultérieures.Pour nettoyer davantage les particules, préparez une solution de 10 % en masse d'hydroxyde de sodium dans un bécher. Placez ensuite quelques particules ainsi que ce qui reste de leur enrobage en résine dans le bécher afin de retirer la résine. Placez le bécher contenant la solution dans un bain ultrasonique.Conserver les particules dans le bain ultrasonique pendant une heure initialement, puis une demi-heure supplémentaire après le rinçage. Pour récupérer les particules, préparer un deuxième bécher afin de recueillir la solution d'hydroxyde de sodium provenant du bain, ainsi qu'un filtre. Une fois les étapes de nettoyage ultrasonique terminées, utiliser des gants pour retirer le bécher du bain, puis verser le contenu à travers le filtre dans le deuxième bécher.Rincez les particules avant de les transférer vers la solution à densité ajustée dans laquelle elles seront immergées afin d'éviter toute déformation. Il s'agit de particules qui ont été libérées de leur résine, nettoyées dans un bain ultrasonique, et qui sont maintenant prêtes à être teintes pour fluorescer sous une lumière laser verte. Pour teindre les particules, utilisez une solution d'un litre de colorant Rhodamine-B dans l'eau et placez-la sur un chauffe-plaque.Chauffer le colorant à 80 degrés Celsius pour le matériau de cette particule. Remplir légèrement un petit récipient avec des particules provenant du stockage. Cela correspondra à environ 2 500 particules.Ajoutez les particules à la solution de colorant et maintenez la température pendant qu'elles sont immergées. Après environ deux ou trois heures, retirez la solution et les particules de la chaleur. Utilisez une passoire et un récipient séparé pour filtrer les particules hors de la solution.Veillez à ne pas les endommager lorsqu'ils sont ramollis par la chaleur. Ensuite, rincez soigneusement les particules pour éliminer l'excès de colorant. Une fois terminé, conservez-les dans la solution de flottabilité neutre jusqu'à ce qu'ils soient nécessaires pour l'expérience.L'expérience aura lieu dans un réservoir équipé de caméras placées afin d'enregistrer les particules situées au centre de l'écoulement. Ce schéma donne un aperçu de l'agencement du réservoir, qui présente une section transversale octogonale, des grilles oscillantes utilisées pour générer un écoulement turbulent, un volume de mesure et des positions de caméras. Utilisez un minimum de quatre caméras pour assurer la précision de la mesure d'orientation.Chaque caméra doit avoir une résolution d'au moins un mégapixel à 450 images par seconde, et être connectée à un ordinateur dédié. Positionnez les caméras avec des angles importants entre deux quelconques d'entre elles, et assurez-vous qu'elles sont toutes focalisées sur le volume de mesure souhaité. Pour minimiser la distorsion optique, des hublots sont intégrés au réservoir de manière perpendiculaire à la direction d'observation des caméras.Ensuite, placez un masque de calibration d'image dans le volume de mesure du réservoir. Cela permettra l'analyse des données expérimentales recueillies par les caméras. Pour simuler les conditions expérimentales, commencez à remplir le réservoir avec la solution de flottabilité neutre en volume.Lorsque le réservoir est rempli, installez les éclairages pour éclairer le masque. Ensuite, revenez travailler avec les caméras. Focalisez chaque caméra sur le même point du masque, puis acquérez et stockez les images pour l'étalonnage.Après avoir vidé le réservoir, poursuivez la mise en place de l'expérience en plaçant un laser au grenat d'yttrium et d'aluminium dopé au néodyme. Prévoyez un séparateur de faisceau afin de diriger une partie du faisceau laser vers un miroir. La lumière part du miroir à travers des lentilles qui forment un faisceau cylindrique et pénètre dans le réservoir.À l'opposé du réservoir, placez un miroir afin de réfléchir la lumière laser sortante et la renvoyer le long de son trajet. Utilisez l'autre sortie du séparateur de faisceau et une disposition similaire de miroirs et de lentilles pour créer un faisceau cylindrique perpendiculaire au premier, comme indiqué sur ce schéma en vue de dessus. Les miroirs situés à la sortie des faisceaux contribuent à créer une illumination plus uniforme.Ensuite, inspectez le réservoir rempli de solution de chlorure de calcium dégazée à flottabilité neutre. Avant de poursuivre, assurez-vous que les caméras et le logiciel d'acquisition de données sont prêts. Préparez-vous à ajouter les environ 10 000 tétrades qui ont été préparées pour cette expérience au réservoir.Les placer en position près du port situé en haut du réservoir. Une fois prêt, ouvrir le port et ajouter les particules dans l'eau du réservoir. Refermer le port une fois que toutes les particules ont été ajoutées.Ensuite, passez au laser. Allumez-le, puis ouvrez l'ouverture du laser. Utilisez ensuite les commandes de la grille pour démarrer l'oscillation de la grille à trois hertz.Dans le réservoir, laissez le réseau osciller pendant environ une minute afin que la turbulence se développe complètement. À ce stade, commencez l'acquisition des données et enregistrez environ un million d'images. À la fin de l'expérience, arrêtez la collecte des données et fermez l'ouverture du laser.Une fois toutes les expériences terminées, déplacez-vous vers la sortie du réservoir. Placez un filtre pour éliminer les particules de la solution, puis videz le réservoir. Conservez les particules recueillies dans la solution de flottabilité neutre pour une utilisation ultérieure.Effectuez l'analyse des données sur les images enregistrées à l'aide d'un logiciel afin de déterminer la position et l'orientation de la particule. Les étapes suivantes sont mises en œuvre dans le logiciel. À partir de quatre images synchrones d'une particule capturées par les quatre caméras, utilisez les informations bidimensionnelles pour déterminer sa position tridimensionnelle.Projetez un modèle numérique tridimensionnel de la particule éclairée sur chaque caméra à l'aide des paramètres d'étalonnage des caméras. Cela crée un modèle bidimensionnel de l'intensité lumineuse provenant de la particule sur les quatre caméras. Ensuite, exécutez une routine d'ajustement par moindres carrés non linéaires pour déterminer l'orientation du modèle qui correspond le mieux à ce qui est observé sur les quatre caméras.Combinez les informations provenant des quatre caméras afin de minimiser la différence entre le modèle projeté sur chaque caméra et la particule observée. Ces étapes seront effectuées pour toutes les images contenant des particules visibles par l'ensemble des caméras. Il s'agit de l'évolution d'un tétraèdre en position et en orientation.Remarquez le changement discontinu de l'orientation des bras de la tétrade, qui peut se produire en l'absence de mesures de sécurité. Cette seconde version de l'évolution de la tétrade montre que le logiciel garantit que les angles du dispositif d'huilage pour chaque image correspondent à la plus petite rotation par rapport à l'image précédente. Les informations de position et d'orientation sont enregistrées pour une utilisation ultérieure.Il s'agit d'une image de caméra d'un tétrade dans l'expérience. Sur la deuxième image, le modèle superposé indique l'orientation telle qu'elle a été déterminée par l'algorithme. Malgré la simplicité du modèle d'intensité en deux dimensions, la méthode produit des mesures précises de l'orientation des particules.Dans l'expérience, l'algorithme de détermination de l'orientation est utilisé pour obtenir l'évolution des angles du marqueur le long de toute la trajectoire de chaque particule. Il s'agit d'une reconstruction de la trajectoire complète d'un tétraèdre à travers le volume observé. Ceci est réalisé en combinant l'orientation et les coordonnées tridimensionnelles de la particule pour chaque image où elle est visible par les quatre caméras.La longueur de la trajectoire est de 229 images. Notez que la particule n'est pas représentée à l'échelle. Les données permettent également de déterminer la fonction de densité de probabilité du taux de basculement mesuré.Les carrés rouges représentent les données pour les croix. Les cercles bleus représentent les données pour les croix suisses. La ligne continue représente le résultat de la simulation numérique de sphères, qui correspond très bien aux données expérimentales.Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en trois jours si elle est effectuée correctement. Lors de la mise en œuvre de cette procédure, il est important de laisser les particules quelques heures dans des solutions de densités différentes. Il est également essentiel de s'assurer que les caméras sont correctement alignées, fixées et synchronisées pendant toute la durée de l'expérience.Après avoir suivi cette procédure, d'autres méthodes, telles que le suivi de particules traceuses, peuvent être utilisées pour mesurer la manière dont les particules imprimées en 3D réagissent au tenseur complet du gradient de vitesse dans l'écoulement environnant. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment utiliser des particules anisotropes afin d'extraire des informations sur le tenseur du gradient de vitesse à partir d'un écoulement turbulent, en utilisant quatre images vidéo stéréoscopiques. N'oubliez pas que l'utilisation du colorant Rhodamine-B et de l'hydroxyde de sodium peut présenter des risques, et que des précautions telles que le port de gants et de lunettes de protection doivent toujours être prises lors de l'exécution de cette procédure.

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Deux méthodes différentes pour caractériser le mouvement de la particule naissante d’une perle unique en fonction de la géométrie de lit de sédiments de laminaire à un écoulement turbulent sont présentés.

Basée visuellement caractérisation du mouvement particule naissante dans les substrats régulières : de laminaire à turbulence

La technique décrite dans la présente offre une méthode relativement simple et faible coût pour mesurer simultanément la cinématique de la particule et la turbulence des flux avec des concentrations de particules de faible. La turbulence est mesurée à l’aide de la vélocimétrie par image de particules (PIV), et la cinématique de particules sont calculés à partir des images obtenues avec une caméra à grande vitesse dans un champ de vision qui se chevauchent.

Mesure simultanée de la Turbulence et de la cinématique de particules qui utilise les Techniques d’imagerie de flux

Ce protocole démontre la capacité d’utiliser l’impression jet d’encre réactive pour imprimer des micro-agitateurs biocompatibles et respectueux de l’environnement auto-motiles pour une utilisation dans les applications biomédicales et environnementales.

Impression jet d’encre réactive et analyse de propulsion de micro-agitateurs automoteurs à base de soie

Ce protocole présente une méthode pour analyser l’émission de stylos d’impression 3D. La concentration de particules et la distribution de la taille des particules de la particule libérée sont mesurées. Les particules libérées sont analysées plus en détail avec la microscopie électronique de transmission (TEM). La teneur en métaux dans les filaments est quantifiée par spectrométrie de masse plasmatique inductivement couplée (ICP-MS).

Impression 3D - Évaluation des émissions de particules d’un stylo d’impression 3D

Nous avons utilisé Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition pour déposer des films minces allant de quelques nm à 100 nm sur plusieurs particules de taille nanométrique de matériaux divers. On suite de gravure du matériau de coeur pour produire nanobilles creux dont la perméabilité est commandé par l'épaisseur de la coque. Nous caractérisons la perméabilité de ces revêtements de petits solutés et de démontrer que ces obstacles peuvent fournir une libération prolongée du matériau de base sur...

Caractéristiques d&#39;encapsulation et la perméabilité des particules polymérisées plasma creux

Ce document démontre le procédé expérimental pour mesurer les vitesses de règlement terminales des particules sphériques dans les fluides viscoélastiques d’amincissement surfactant-basés de cisaillement. Des fluides sur un large éventail de propriétés rhéologiques sont préparés et les vitesses de décantation sont mesurées pour une gamme de tailles de particules dans des fluides non bornés et des fluides entre des parois parallèles.

Mesure expérimentale de la vitesse de décantation des particules sphériques dans des fluides viscoélastiques d’amincissement à base de surfactants non confinés et confinés

dispositifs Acoustofluidic utilisent des ondes ultrasonores dans les canaux microfluidiques pour manipuler, se concentrer et d'isoler micro suspendu et entités nanoscopiques. Ce protocole décrit la fabrication et le fonctionnement d'un tel dispositif de support des ondes stationnaires acoustiques de volume pour se concentrer des particules dans une ligne de courant central sans l'aide de fluides de gaine.

Fabrication et fonctionnement de Acoustofluidic Dispositifs de support en vrac ondes acoustiques permanents pour introducteur Mise au point des particules

Un scanner pour l'imagerie des particules magnétiques dans des échantillons planaires a été développé en utilisant la fréquence plane de mélange technique de détection magnétique. La réponse magnétique du produit d'intermodulation de l'aimantation sans hystérésis non linéaire des particules est enregistrée sur une excitation à deux fréquences. Il peut être utilisé pour prendre des images 2D d'échantillons biologiques minces.

Fréquence de mélange Scanner de détection magnétique pour l&#39;imagerie de particules magnétiques dans des échantillons planaires

Cet article présente un appareil à base d'impédance pour la détection de taux d'évaporation des solutions. Il offre des avantages évidents par rapport à une approche de perte de poids conventionnelle: une réponse rapide, la détection à haute sensibilité, une petite exigence de l'échantillon, les mesures d'échantillons multiples, et un démontage facile pour le nettoyage et la réutilisation.

Une plate-forme pour la détection Taux d&#39;évaporation à base d&#39;impédance haute performance

Découvrez comment mesurer l'orientation et la rotation de particules anisotropes dans des écoulements turbulents en utilisant l'impression 3D et l'imagerie vidéo stéréoscopique. Cette méthode permet des mesures précises de la dynamique des particules complexes.

Méthodes de mesure de l'orientation et de rotation Taux de particules dans Turbulence 3D-imprimés

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