אנו משתמשים בהדפסת תלת מימד כדי לייצר חלקיקים אנזוטרופיים בצורות של שקעים, צלבים, טטרדות ושלישיות, שניתן למדוד את היישור והסיבובים שלהם בזרימת נוזל סוערת ממספר תמונות וידאו בו זמנית.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
שיטות למדידת התמצאות סיבוב שעיר 3D מודפסות חלקיקי Turbulence
במאמר זה
סיכום
תקציר
שיטות ניסיוניות מוצגות למדידת התנועה הסיבובית ו translational של חלקיקי איזוטרופי ב זורם נוזל סוער. טכנולוגיית הדפסת 3D משמשת לפברק חלקיקים בזרועות רזות מחוברות במרכז משותף. צורות בחנו הן צלבים (שתי מוטות מאונכות), שקעים (שלוש מוטות מאונכות), שלשות (שלוש מוטות בסימטריה מישוריים משולשת), ו tetrads (ארבע זרועות בסימטרית tetrahedral). שיטות להפקה בסדר גודל של 10,000 חלקיקים צבועים fluorescently מתוארות. מדידות זמן נפתר האורינטציה שלהם וקצב סיבוב מוצק גוף מתקבלות ארבעה סרטוני מסונכרנים של התנועה שלהם זרימה טורבולנטית בין נדנוד רשתות עם R λ = 91. בשגרת מספר יחסית נמוכה ריינולדס זה, חלקיקי advected הם קטנים מספיק כי הם משוערים חלקיקים נותבו אליפסואידי. אנו מציגים תוצאות של מסלולי 3D זמן נפתר של מיקום וכיוון של החלקיקים כמוגם מדידות של שיעורי הסיבוב שלהם.
מבוא
בפרסומים העדכניים, הצגנו את השימוש של חלקיקים עשויים זרועותיה דקות מרובות למדידת תנועה סיבובית של חלקיקי מערבולת 1. חלקיקים אלה יכולים להיות מפוברק באמצעות מדפסות 3D, ויתכן נמדדים מצבה, האוריינטציה שלהם במדויק, וקצב הסיבוב באמצעות מספר מצלמות. שימוש בכלים מתורת גוף רזה, ניתן להראות כי חלקיקים אלה המקביל 2 ellipsoids היעיל, ואת התנועות הסיבוביות של חלקיקים אלה זהות לאלה של ellipsoids היעיל שלהם. חלקיקים בזרועות סימטריות שווה באורכם לסובב כמו כדורים. חלקיק אחד כזה הוא שקע, שבו יש שלוש זרועות ניצבים הדדיים המצורפות במרכזה. התאמת האורכים היחסיים של זרועות שקע יכולה להקים מקבילת חלקיקים לכל אליפסואיד תלת-צירי. ....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
ייצור 1. של חלקיקים
- השתמש בתוכנית שרטוט בעזרת מחשב 3D ליצור מודלים החלקיקים. יצוא קובץ אחד לכל מודל בתבנית קובץ שניתן לעבד על ידי מדפסת 3D בשימוש.
- השתמש בפקודה מעגל לצייר עיגול בקוטר של 0.3 מ"מ. השתמש בפונקצית Extrude לעשות גליל באורך של 3 מ"מ.
- הפוך צלב עם שני צילינדרים מאונכים עם מרכז משותף; לעשות שקע עם שלושה צילינדרים מאונכים הדדית עם מרכז משותף; לבצע הטטרדה עם ארבעה צילינדרים שיתוף למטרה משותפת ב 1....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
איור 3 א מציג תמונה של הטטרדה מאחד המצלמות שלנו מעל מגרש של זוויות אוילר המתקבלת קטע מסלולו (איור 3c). 3 ב איור, התוצאות של האלגוריתם למציאת-אוריינטציה, המתואר בפרוטוקול 5 - 5.3, הן על גבי התמונה הטטרדה. הזרועות של הטטרדה באיור 3 א לא פעלו הפצות העוצמות פשוט כי הם השתמשו כדי ליצור את המודל (פרוטוקול 5.1.3.1). זה נכון לגבי כל החלקיקים. עוצמת ציין יתר ישנה תלות לא טריוויאלית על זוויו.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
מדידות של ערבוליות והסיבוב של חלקיקי זרימת נוזל סוער ארוכות הוכרו מטרות חשובות מכניקת זורמים ניסיונית. הסיבוב מוצק הגוף של כדורים הקטנים ב מערבולת הוא השווה למחצית ערבוליות הנוזלת, אבל הסימטריה הסיבובית של תחומים הפכה מדידה ישירה של הסיבוב מוצק הגוף שלהם קשה. באופן מסורתי, ערבוליות הנוזל כבר נמדדה באמצעות מורכבים, חיישן רב, להתניע בוחן 14. אבל חיישנים אלה רק לקבל מדידות ערבוליות נקודה אחת ב מזרמי אוויר שיש מהירות ממוצעת גדולה. שיטות מדידת ערבוליות אחרות פותחו. לדוגמה, ס.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
אין המחברים אינטרסים כלכליים מתחרים לחשוף.
תודות
אנו מודים Susantha Wijesinghe אשר תוכנן ונבנה מערכת דחיסת תמונה אנו משתמשים. אנו מכירים תמיכה מן DMR-1208990 להעניק NSF.
....הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| Condor Nd: YAG 50 W לייזר | Quantronics | 532-30-M | |
| מצלמה במהירות גבוהה | Basler | A504k | |
| מצלמה במהירות גבוהה | Mikrotron | EoSens MC1362 | |
| Rhodamine-B | ScienceLab.com | SLR1465 | |
| נתרן הידרוקסיד | Macron | 7708 | כדורים. |
| מדפסת תלת מימד 500 Connex | Objet | משמשת לייצור חלקיקים קטנים יותר. חלקיקים שהוזמנו מ-RP+M (אב טיפוס מהיר בתוספת ייצור). | |
| VeroClear | Stratasys | RGD810 | Objet. |
| Clear Form 1 Photopolymer | Resin Formlabs | ||
| עדשות | |||
| 200 מ"מ עדשות | F-mount. | ||
| אמבט אולטרסאונד | סוניקטור | ||
| סידן כלוריד | ספקטרום כימי Mfg. Corp. | CAS 10043-52-2 | כדורים. |
| תוכנת עיצוב מערכת LabVIEW | מכשירים לאומיים | המשמשים להפעלת מצלמות, רשת בקרה והפעלת לייזר. | |
| תוכנת XCAP | EPIX | בשימוש עם LabVIEW להפעלת מצלמות. | |
| MATLAB | Mathworks | משמש לכל ניתוח תמונות ונתונים. תוכניות לחילוץ כיווני תלת מימד מתמונות מרובות כלולות בפרסום זה. | |
| OpenPTV: טכנולוגיית מעקב אחר חלקיקים בקוד פתוח | קונסורציום | ||
| ParaView | Kitware | ||
| AutoCAD | AutoDesk | משמש לתכנון כל החלקיקים. צילומי מסך של עיצובי חלקיקים הם כולם של AutoCAD. | |
| רשת עם 0.040 x 0.053 אינץ 'חורים | תעשייתית | XN5170 – 43.5 | |
| מסנני מצלמה | שניידר אופטיקה | B+W 040M |
מקורות
- Marcus, G., Parsa, S., Kramel, S., Ni, R., Voth, G. Measurements of the Solid-body Rotation of Anisotropic Particles in 3D Turbulence. New J. Phys. 16, 102001(2014).
- Bretherton, F. The motion of rigid particles in a shear flow at low Reynolds number. J. Fluid ....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
