חקירת הפרדת הזרימה התלת מימדית הנגרמת על ידי מודל פוליפ קיפול ווקאלי

המטרה הכוללת של הניסוי הבא היא לחקור את הפרדת הזרימה התלת מימדית הנגרמת על ידי פוליפ קפל קול מודל. זה מושג על ידי הרכבת חצי כדור פרוטה עם יחס גובה-רוחב של שניים לאחד לתוך קטע הבדיקה של מנהרת רוח כדי לדגמן בליטה המותקנת על הקיר, כגון פוליפ או גוש. כשלב שני, מבוצעות טכניקות הדמיה של זרימת שמן, המאפשרות הדמיה של קווי חיכוך בעור ונקודות הפרדה והצמדה בתוך זרימת פני השטח.

לאחר מכן, מדידות לחץ פני השטח הלא יציבות נרכשות סביב הבליטה המותקנת על הקיר. על מנת לכמת את עומסי לחץ הקיר המקיפים את פוליפ המודל, התוצאות בשילוב עם נתוני סימטריה של וילות תמונת חלקיקים מראות נוכחות של מערבולת פרסה השופכת מערבולות סיכת ראש ועומסי לחץ מרחביים וזמניים סביב פוליפ קפל הקול של המודל, אשר צפויים לתרום לדינמיקה לא סדירה של קפלי הקול שנצפתה בחולים עם מצבים פתולוגיים כגון פוליפים או גושים. שיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי הדינמיקה הנוזלית של הפרעות פתולוגיות בקפלי הקול.

ניתן ליישם אותו גם על מערכות אחרות כגון זרימת דם והיצרות עורקים, ניהול דיונות חול חופיות, זרימה משנית ומחליפי חום ויישומי אנרגיית רוח. בדרך כלל, אנשים חדשים בשיטה זו יכולים להתקשות לקבוע את התערובת הנכונה על בסיס שמן עבור תנאי הבדיקה הספציפיים שלהם. כדי ליצור את פוליפ הקול של המודל, התחל בבניית עיצוב תלת מימדי בעזרת מחשב או פוליפ מודל CAD.

כחצי כדור פרולאט, הוסף בסיס מרובע לתחתית פוליפ הקול של הדגם שישמש לעיגון הדגם לרצפת קטע הבדיקה. ייצאו את דגם ה-CAD התלת-ממדי כקובץ סטריאוליתוגרפיה או STL. בחרו רזולוציה של לפחות 600 נקודות לאינץ' כדי להבטיח משטח חלק על הפוליפ של הדגם.

העלה את קובץ STL לתוכנה המתאימה והדפס אותו באמצעות מדפסת תלת מימד ברזולוציה גבוהה או אב טיפוס מהיר. עם רזולוציית שכבה בנויה של לפחות 20 מיקרומטר, הפוליפ מוכן כעת להרכבה במנהרת הרוח. לקטע הבדיקה של מנהרת הרוח יש צלחת תחתונה נשלפת עם חור מרובע הממוקם לאורך קו האמצע בטווח, ובמיקום הרצוי במורד הזרם.

החור משמש להרכבת פוליפ קפל הקול של הדגם. כדי להתכונן לבדיקות זרימת השמן, כסו את המשטח הפנימי של קטע בדיקת מנהרת הרוח בנייר דבק לבן. הנח בזהירות את נייר ההדבקה כדי להבטיח שאין קמטים או בליטות עקב בועות אוויר.

חותכים חור בנייר ההדבקה מעל החור המרובע ברצפת קטע הבדיקה. לאחר מכן החלף את הצלחת התחתונה הנשלפת בקטע הבדיקה. כעת הכנס את פוליפ הדגם למצב העוגן.

כדי להתכונן לבדיקה באמצעות מצלמה ברזולוציה גבוהה המותקנת מעל קטע בדיקת מנהרת הרוח, מקד את המצלמה כך ששדה הראייה שלה, כולל פוליפ הדגם ואזור קטע הבדיקה שמסביב. הגדר את המצלמה לרכישת תמונות או וידאו. הכן את תערובת השמן להדמיית זרימה על ידי שילוב של טונר העתק שמן תינוקות, אבקה ונפט ביחס של שבע לאחד עד שניים בנפח.

ערבבו את שמן התינוקות ואבקת הטונר בכלי וערבבו במשך מספר שניות, עד שהטונר נמס לחלוטין. לאחר מכן מוסיפים את הנפט ומערבבים. ובכן, העבירו את התערובת לבקבוק ריסוס למריחה קלה על משטח קטע הבדיקה.

לפני מריחת תערובת השמן, יש לנקות את משטח קטע הבדיקה במים ולייבש אותו במגבת נייר. לאחר מכן הניחו לו להתייבש באוויר למשך מספר דקות. השתמש בבקבוק הספריי המלא בתערובת השמן כדי לרסס שכבה דקה ואחידה של נוזל על האזור המקיף את פוליפ קפל הקול של הדגם.

שכבה דקה ואחידה של תערובת שמן חשובה לייצור שמן תקין. תמונות הדמיה של סרטים יוזמות את רכישת התמונה או הווידאו במצלמה. רכישת המצלמה מתחילה לפני הפעלת מנהרת הרוח.

על מנת ללכוד את תנועת תערובת השמן החולפת הראשונית, הפעל את מנהרת רוח היניקה במהירות הרצויה. תערובת השמן תתחיל לזרום לאורך משטח קטע הבדיקה. ברגע שתערובת השמן מפסיקה לזרום ומגיעה למצב יציב כפי שמוצג על ידי דפוסים נייחים, או כאשר הזמן הרצוי חולף, עצור את הקלטת המצלמה והפעל את מנהרת הרוח כדי להוסיף לחץ סטטי.

מקיש על משטח הרצפה של קטע הבדיקה. התחל בקו האמצע של מיקום העיגון של פוליפ הדגם וקדח חורים בלוח הנשלף כדי ליצור תבנית רשת המשתרעת על פני שמונה נקודות רוחב 89 סנטימטרים ו-22 נקודות 86 סנטימטרים במורד הזרם. לאחר מכן הרכיבו טבלאות נירוסטה לתוך החורים המקיפים את פוליפ הדגם בתצורה הרצויה.

למצוקות יש בליטה בקצה אחד לחיבור צינורות גמישים והן ישרות בקצה השני להרכבה. כאשר הם מותקנים כראוי, המצוקות נשטפות עם רצפת קטע הבדיקה. לאחר מכן, חבר חתיכות קצרות של צינורות פוליוויניל כלוריד גמישים שקופים כדי לחבר את טבלאות הנירוסטה המותקנות ליציאות המדידה של מתמר לחץ הסריקה.

למתמר לחץ הסריקה יש 16 יציאת לחץ. התחל באיסוף נתוני לחץ פני השטח על ידי חיבור מתמר לחץ הסריקה למחשב והגדרת פרמטרי הרכישה באמצעות תוכנת מתמר לחץ הסריקה. הגדר את תוכנת הרכישה לרכישת נתונים ב-500 הרץ למשך הזמן הרצוי של רכישת הנתונים.

לאחר מכן, הגדר את מנהרת רוח היניקה למהירות הרצויה. כעת התחל ברכישת מדידת לחץ. ניתן לרכוש את מדידות הלחץ במקביל לכל טכניקת אבחון זרימה רצויה.

לדוגמה, לייזר PIV, סימטריית דופלר ולה ואנמומטריית חוט חם. הפוליפ המודל נבדק בתנאי זרימה קבועה עם מספר ריינולדס של 9,000. קו ההפרדה הראשי במעלה הזרם מוצג כקו הכהה במעלה הזרם של הפוליפ.

בסמוך לפוליפ נמצאים שני צמתי ריכוז מערבולת, שהם נקודות החיבור לשני צינורות מערבולת מסתובבים נגדית היוצרים את רגלי מערבולת סיכת הראש במורד הזרם. מוצגת כאן תמונת הדמיה של זרימת שמן עבור פוליפ מודל בזרימה צולבת עם מספר ריינולדס של 9,000. הקווים הכהים המשתרעים במורד הזרם מצידי הפוליפ, המייצגים את הגבולות החיצוניים של ההתעוררות, מתכנסים עד לנקודת ההתקשרות עקב מערבולת המחזור מאחורי האובייקט.

תוצאות הדמיית זרימת השמן עבור תנאי הזרימה הקבועה מאשרות את היווצרות מערכת מערבולת פרסה במעלה הזרם של פוליפ המודל ומערבולות סיכת ראש במורד הזרם של הפוליפ. מדידות הלחץ במעלה הזרם ובמורד הזרם לאורך מחזור תנודה יחיד מוצגות כאן. הקו האדום הממוקם במיקום מספר שלוש מציין את אתר הלחץ הנמוך ביותר באזור הזרימה החוזרת ישירות במורד הזרם של הפוליפ.

נמצא כי ערכי מתמר הלחץ הבודדים משתנים לאורך המחזור, והפרש הלחץ בין מיקומי המתמרים השתנה כפונקציה של מיקום המחזור ולכן המהירות הממוצעת המוצגת. להלן מחקר קשור המשתמש בקפלי קול מונעים ופוליפ קפל קול מודל צמוד לקיר. כיוון זרימת הנוזל נמצא מחוץ למסך.

החצים הצבעוניים מראים את התרשימים הווקטוריים של גודל המהירות כאשר קפלי הקול מתחילים להיפתח. נוצר תעלה מתכנסת ומפותח שיפוע לחץ נוח. הזרימה עוברת מעל הפוליפ ומכוונת לכיוון קו האמצע.

כאשר הגלוטיס מגיע לרוחבו המרבי ומקבל תצורה מקבילה, נוצרות שתי מערבולות זרם מסתובבות נגדית. כאשר קפלי הקול נסגרים, הזרימה נאלצת סביב הפוליפ והרחק מקו האמצע האחורי הקדמי לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך מספר דקות אם היא מבוצעת כראוי. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לרכוש נתוני הדמיה של זרימת שמן, שניתן להשתמש בהם כדי לזהות אזורי חיכוך בעור במהירות גבוהה ונמוכה, ולבנות מפות טופולוגיות של זרימות תלת מימדיות מורכבות.