פעפוע של המשדרים פסיבי בזרימת הטיה למינריות

המטרה הכוללת של ניסוי זה היא לצפות בדיפוזיה של עוקבים פסיביים בצינורות נימיים של חתכים גיאומטריים שונים. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום דינמיקת נוזלים בקנה מידה קטן כגון התפשטות כימיקלים בזרימות למינריות ובצינורות נימיים. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא פשוטה וזולה לייצור ומתאימה לצינורות נימיים של חתך שרירותי.

למרות ששיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי דינמיקת זרימה למינרית בקנה מידה קטן, ניתן ליישם אותה גם במערכות אחרות כגון ניסויים בקנה מידה מיקרופלואידי, הודות לדמיון דינמי. ניסינו לראשונה את הניסויים האלה לאחר שהשגנו תוצאה תיאורטית וביצענו סימולציות נומריות. אלה הציעו קשר בין אסימטריות בהתפשטות המומסים לבין גיאומטריית החתך של הצינור.

בנה את מערך הניסוי על ספסל. חלק מרכיבי המערכת מודפסים בתלת מימד, כולל המאגר ועמוד המזרק המצויד במחט הזרקה. יש גם מחבר משושה וצינורות, בהם מתרחשת הזרימה.

גיאומטריית הצינור היא משתנה בניסוי. אלה שני חתכים לדוגמה ששימשו בניסוי זה. היחס בין הצד הקצר והארוך של חתך הרוחב הוא מה שמשתנה.

לכל צינור יש שתי לוחות מודפסים בתלת מימד כדי לתמוך בו בהתקנה. הניסוי דורש שתי משאבות מזרק, אחת מהן ניתנת לתכנות. לנוזלים, הכינו תמיסת צבע פלואורסצאין ומקור למים מזוקקים.

כדי להגדיר את המשאבה הניתנת לתכנות, מלאו מזרק פלסטיק של 12 מיליליטר במים מזוקקים. לאחר מכן, הכנס קצה חלוקה מפלסטיק על המזרק. לאחר מכן הרכיב את המזרק במשאבת המזרק וחבר צינור באורך 30 סנטימטר לקצהו.

מלאו מזרק פלסטיק של שלושה מיליליטר עם קצה מחלק בתמיסת צבע הפלואורסצאין. דחוף ידנית את בוכנת המזרק כדי למלא את החדר הפנימי של עמוד המזרק. עצור כאשר החדר מלא לחלוטין ואין אוויר כלוא בפנים.

לאחר מכן הרכיב את המזרק למשאבת מזרק שנייה. לאחר מכן, הדק את עמוד המזרק לספסל המעבדה כך שהצינור יישאר מחובר למזרק. הכנס ארבעה ברגים ארוכים עם דסקיות לארבעת החורים המקיפים את מחט החלוקה של המזרק.

השלב הבא הוא לעבוד עם המחבר המשושה. זהה את החתך העגול בכל צד של המחבר והנח טבעת O בכל אחד מהם. לאחר מכן קח את המחבר המשושה לעמוד המזרק, כוון אותו כך שהחור הגדול יותר שלו יפנה לעמוד המזרק, יישר את החורים שלו עם ארבעת הברגים והכנס את הברגים.

בסיום, ודא שטבעות ה-O לא זזו ממקומן. הוצא את הצינור ממשאבת המזרק, חבר אותו לאביזר בתחתית המחבר המשושה. לאחר מכן בחר את גיאומטריית הצינור לניסוי.

הצינור במקרה זה הוא צינור עם חתך מלבני של מילימטר על 10 מילימטר. במחבר המשושה השתמש בלוחית קצה עם הצינור וודא שמחט ההזרקה תיכנס לצינור. לאחר מכן הכנס את הברגים הנמשכים מהמחבר לתוך לוחית הקצה.

עכשיו קבל את המאגר. היא צריכה להיות בעלת טבעת ה-O שלה במקומה. הניחו אותו בקצה השני של הצינור והצמידו את הצינור למאגר באמצעות לוחית קצה, ברגים ודסקיות.

שוב ודא שטבעות ה-O נשארות במקומן הנכון. יישר את המאגר עם עמוד המזרק והדק אותו לשולחן. בחלק העליון של המחבר המשושה הכנס מזרק של שלושה מיליליטר עם קצה חלוקה מפלסטיק.

לאיסוף נתונים הניחו שתי נורות צינור UVA באורך 61 ס"מ משני צידי הצינור. דאגו למצלמה מעל הצינור כדי לצלם את הצינור בכל שנייה. התחל במילוי המאגר במים מזוקקים.

יש למלא אותו מעט מעל הצינור. לאחר מכן, לחץ על מזרק המים המזוקקים בנפח 12 מיליליטר. זה ימלא את הצינור במים.

הדליקו את אורות צינור ה-UVA והחשיכו את החדר. שטפו את הצינור עם משאבת המזרק לפני צילום תמונת התייחסות אחת של הצינור המלא במים מזוקקים טהורים. לאחר מכן הגדר את המשאבה הניתנת לתכנות כדי להזריק מים בקצב איטי אך אל תפעיל אותם.

דחוף את הבוכנה של מזרק הצבע. זה מזריק כף מהתמיסה בעובי של כשלושה מילימטרים. לאחר מכן הפעל את משאבת המזרק הניתנת לתכנות למשך חמש דקות.

לאחר מכן הבולוס רחוק מהמחט. כעת משוך ידנית את בוכנת מזרק הצבע לאחור. זה שואב מים כדי להבטיח שהצבע לא יגיע למחט.

המתן עד שבולוס הצבע יתפזר על פני חתך הצינור. עבור צינור דק זה זמן ההמתנה הוא יותר מ -12 שעות. יש להזריק את תמיסת הצבע ולאחר מכן למשוך אותה לאחור בזהירות רבה.

אלה השלבים העדינים ביותר בפרוטוקול. אם מתרחשת שגיאה, התחל את ההליך שוב. תרגול הופך את זה לקל יותר וחוזר על עצמו.

עם קביעת התנאים הראשוניים, זרימת המחקר באמצעות קצב שאיבה איטי. הפעל את המשאבה והמצלמה בו זמנית. אפשר לשניהם לפעול במשך חמש דקות.

בסיום, החזק סרגל ליד הצינור וצלם תמונת כיול. התמונות מהניסוי נמצאות מעל עקומות הריכוז הנגזרות בשלושה זמנים לא ממדיים שונים במהלך הניסוי. נתונים אלה מיועדים לצינור דק, שעבורו היחס בין הצדדים הקצרים לארוכים של חתך הצינור קטן.

צורת ההתפלגות משתנה כאשר בולוס הצבע נע במורד הזרם. הסימטריה הראשונית דמוית גאוס בכיוון האורך נשברת במהירות. סימולציות מונטה קרלו, עם התפלגות ראשונית וקצב זרימה תואמים, מאשרות את תוצאות הניסוי בשני זמנים חסרי מימד שונים.

הקווים המוצקים הם נתונים ניסיוניים והקווים המקווקווים הם תוצאות סימולציה. השוואה זו מיועדת לצינור דק עם יחס קטן של צדדים קצרים לארוכים של חתך הרוחב. סימולציות מונטה קרלו מספקות אישור גם במקרה של צינור עבה, שבו היחס בין אורכי החתך קרוב לאחד.

שימו לב להבדל בהתפתחות הריכוז בין הצינורות הדקים והעבים. עם הזמן יש לצינור הדק מומס עם חזית חדה וזנב מתחדד. לצינור העבה יש פרופיל הפוך.

לאחר שליטה בטכניקה זו ניתן לבצע תוך כשעה אם היא מבוצעת כראוי. זה לא כולל את זמן ההמתנה לריכוז הצבע להתפזר על פני חתך הרוחב. בעת ניסיון הליך זה חשוב לזכור לשטוף את הצינור לאט לפני ריצת הניסוי ולהקפיד מאוד בעת יצירת התנאים הראשוניים.

לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד להתבונן בדיפוזיה של מומס בזרימה למינרית דרך צינורות נימיים של חתכים שרירותיים.