Analyse à débit élevé des impacts des gouttelettes liquides

Ce protocole permet d’étudier efficacement les impacts des gouttes liquides sur les surfaces solides, un phénomène quotidien très important dans l’industrie. Les résultats peuvent être très complexes et dépendre de nombreux paramètres expérimentaux différents. Au fur et à mesure que l’acquisition et l’analyse des données sont coordonnées, de nombreuses expériences peuvent être menées sur une courte période de temps, et la qualité des données peut être évaluée rapidement.

Cette méthode est utile pour étudier tous les paramètres d’impact de chute de base. Tous les liquides, la taille de la chute, la vitesse d’impact de chute, n’importe quel matériau de substrat, et dans toutes les conditions environnementales. Cette méthode est vraiment efficace, mais il ya un certain nombre d’étapes importantes nécessaires pour la configurer correctement.

Suivre une démonstration est le meilleur moyen d’éviter les erreurs. Pour configurer la caméra à grande vitesse, placez un marqueur d’alignement sur la position centrale de la scène de l’échantillon, face à la caméra, et ajustez le grossissement de la caméra de sorte que le marqueur carré s’insère dans le champ de vision. Lorsque le marqueur est au point, capturez une image.

Chargez l’interface utilisateur graphique pour le logiciel d’analyse d’impact de gouttelette dans MATLAB, cliquez sur Calibrate Camera et sélectionnez l’image capturée pour exécuter le code d’analyse d’image. Entrez la taille du carré d’étalonnage en millimètres, et cliquez sur OK. Déplacez le rectangle jusqu’à ce que le carré d’étalonnage soit le seul objet dans le rectangle, et cliquez bien. Le logiciel calculera automatiquement le facteur de conversion.

Pour aligner le système expérimental, placez la monture de l’aiguille au niveau des yeux pour faciliter le chargement et vérifiez que le tube n’est pas tordu. À l’aide d’une seringue à l’aide d’une aiguille solide et propre, purgez manuellement le tube de tout liquide résiduel, tout en tenant le tube et l’aiguille en position verticale. Et remplissez la seringue avec le fluide d’intérêt.

Attachez la seringue à la pompe à seringues contrôlée par ordinateur, cliquez et maintenez le bouton de distribution de la pompe à seringues pour purger l’aiguille jusqu’à ce qu’aucune bulle ne soit présente dans le liquide. Réglez la pompe pour distribuer le volume approprié pour la libération de gouttelettes de liquide individuelles et alignez l’échantillon sous l’aiguille. Ensuite, utilisez la pompe pour distribuer une gouttelette unique à l’échantillon et confirmer que la gouttelette atterrit et s’étend à l’ensemble de la zone d’intérêt de l’échantillon.

Lorsque les réglages de la gouttelette ont été confirmés, ajustez la position verticale du support de l’échantillon jusqu’à ce que la surface soit au niveau du centre du champ de vision de la caméra, et ajustez la position horizontale de la caméra de sorte que la gouttelette sur l’échantillon soit alignée au centre du champ de vision. Ensuite, ajustez les positions verticales et horizontales de la LED pour correspondre à la position de la caméra de sorte que le centre de la lumière apparaît au centre du champ de vision. Et ajuster la distance de la caméra de la gouttelette de sorte que la gouttelette entre en discussion.

Une fois que le système a été aligné et calibré, réglez la vitesse d’image de la caméra à une valeur optimale pour l’objet enregistré. Réglez le temps d’exposition de la caméra à la plus petite valeur possible tout en conservant un éclairage suffisant. Et ajustez l’ouverture de l’objectif au plus petit réglage disponible tout en conservant suffisamment d’éclairage.

Ensuite, réglez la gâchette de la caméra à l’aide d’un déclencheur de mode final, de sorte que la caméra tampons de l’enregistrement avant de s’arrêter sur la gâchette. Pour mener une expérience, créez un dossier pour stocker les films pour le lot actuel d’expériences, et définissez ce dossier comme lieu d’arrêt pour le logiciel de caméra selon le guide du fabricant pour la caméra. Assurez-vous que le format de fichier pour les images capturées est défini sur TIFF.

Cliquez sur Définir le chemin dans l’interface utilisateur graphique de l’analyse d’image, et sélectionnez le dossier enregistrer la localisation afin que le logiciel surveille ce dossier pour de nouvelles vidéos. Pour créer la structure du dossier pour les expériences par lots, cliquez sur Faire des dossiers, et entrez la hauteur minimale de libération gouttelette, la hauteur de libération maximale, l’étape de hauteur entre chaque expérience, et le nombre d’expériences répétées à chaque hauteur. Et cliquez sur OK pour exécuter le script faire des dossiers.

Pour un impact sur une surface sèche et solide, nettoyez la surface selon un protocole standard approprié et laissez la surface sécher complètement. Pour enregistrer un événement d’impact de gouttelette, placez l’échantillon sur la scène de l’échantillon afin qu’il soit aligné avec la caméra, et déplacez l’aiguille à la hauteur de libération de gouttelette désirée. Confirmez que la vue de la caméra n’est pas obstruée avant de capturer et d’enregistrer une image dans le logiciel de la caméra.

Commencez l’enregistrement vidéo de sorte que la caméra enregistre et tamponne, et utilisez la pompe à seringues pour distribuer une gouttelette unique sur l’échantillon. Déclenchez ensuite l’enregistrement pour qu’il s’arrête une fois l’événement d’impact terminé. Retirez la surface du support de l’échantillon et séchez la surface le cas échéant.

Pour préparer le fichier vidéo capturé pour analyse, dans le logiciel de caméra à grande vitesse, numérisez la vidéo pour trouver le premier cadre dans lequel la gouttelette est complètement dans le champ de vision, et recadrer le début de la vidéo sur ce cadre. Avancez par le nombre d’images nécessaires pour capturer les phénomènes d’intérêt pendant l’expérience d’impact, et recadrer la fin de la vidéo sur ce cadre. Ensuite, enregistrez la vidéo sous forme de fichier AVI, et le chemin d’enregistrement vers le dossier correspondant pour le lot expérimental actuel, la hauteur de sortie et le nombre de répétitions.

Dans l’interface d’analyse d’image, cliquez sur Trier les fichiers et confirmez visuellement que l’image d’arrière-plan obtenue est maintenant affichée à l’écran. Ensuite, cliquez sur exécuter le traçage pour commencer le traitement d’image. La vidéo sera affichée avec le traitement d’image résultant superposé.

Vérifiez qualitativement que le traitement d’image fonctionne correctement en regardant la vidéo. Pour l’analyse des données brutes, dans l’interface utilisateur graphique de l’analyse d’image, cliquez sur Données de processus pour commencer le calcul des principales variables à partir des données brutes du processus. Ensuite, entrez la vitesse d’enregistrement de l’image, la densité fluide, la tension de surface fluide et les valeurs de viscosité fluide, et cliquez sur OK. Les données seront enregistrées dans le fichier MAT du dossier vidéo et exportées sous forme de fichier CSV.

Le carré de référence doit être dégagé dans le champ de vision de la caméra, et au point. Une mise au point incorrecte du carré de référence produira une erreur systématique dans les valeurs calculées. Le logiciel d’identification des gouttelettes repose sur la surface de l’échantillon présentée horizontalement à la caméra, comme l’observe cette image.

Les surfaces pliées ou mal résolues produisent des erreurs de traitement d’image. Pour s’assurer que l’ensemble de la propagation de la gouttelette est suivi par le logiciel, la gouttelette doit atterrir au centre de l’échantillon. Si le système est mal aligné, la gouttelette peut dériver de la position centrale, et sera hors de discussion.

Pour s’assurer que les bords d’image de la gouttelette qui a un impact semblent tranchants, le temps d’exposition le plus court possible avec la source de lumière disponible doit être utilisé. Un mauvais alignement du chemin d’éclairage par rapport à la caméra affecte souvent d’autres paramètres, tels que l’ouverture de la caméra, et le temps d’exposition, ce qui entraîne un bord flou à la gouttelette voyageant. Le logiciel devrait être en mesure de retracer l’ensemble du contour de la gouttelette dans les images vidéo.

Si la trace n’est pas terminée, les valeurs mesurées, telles que la longueur de la gouttelette d’épandage, seront incorrectes. Il est essentiel que la caméra soit correctement focalisée et alignée sur l’échantillon, et que la vidéo enregistrée corresponde au chemin fourni dans le logiciel. Dans le cas contraire, l’analyse échouera.

Nous avons été en mesure d’explorer les variations des résultats d’impact sur une gamme de paramètres expérimentaux. Par exemple, pour déterminer la vitesse à laquelle une gouttelette commence à éclabousser.