Name: סרט שליטה ללמוד תרומות של גלים Droplet דיינמיקס ההשפעה על סרטים נוזלי זורם דק (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-18T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 8 s
Description: חקור את תרומת הגלים לדינמיקת פגיעת טיפות בסרטים נוזליים זורמים באמצעות צילום מהיר. שיטה זו מאפשרת ניתוח מעמיק של תופעות בקנה מידה קצר ומספקת הבנה מקיפה של אינטראקציות בין טיפות לגלים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

עבודה זו התקיים בחסות נפט טכנולוגיית פיתוח הקרן (PTDF, ניגריה) ואת הנדסה המועצה למחקר מדעי, בריטניה, בממפיס גרנט תוכנית (גרנט מספר EP/K003976/1). המחברים גם מעריך דיונים פוריים עם ד ר Zhizhao צ'ה.

1. ניסיוני מעטה ההתקנה
הערה: ראה איור 1.
<ol><li>
היחידה בסרט נופלים
	<ol>
<li>התחל על-ידי ניקוי פני השטח המצע (זכוכית) עם מטלית נקייה רכה. ודא שאין לכלוך היא דבקה פני השטח שלו, אשר תתאים את המאפיינים נוזלי.</li>
		<li>הגדר ציר המצע זכוכית זווית הנטייה הרצוי. זווית הנטייה, β, של 15˚ נעשה שימוש בעבודה זו.</li>
		<li>. הפעילי את משאבה חשמלית ולהבטיח על זרימת הנוזל נורמלי על פני קולנוע לנקות יותר את המצע זכוכית. לעבודה זו, הנוזל המבחן היה מים יונים.</li>
		<li>ודא השטח כולו של המצע wetted.</li>
		<li>למדוד את קצב הזרימה של הסרט באמצעות מד זרימה. לעבודה זו, קצב הזרימה היו מגוונים בין 1.667 x 10-3 10 x 10-3 מ'3/s עם הסרט המתאים מספר ריינולדס, Re = ρq/wµ, הנע בין 55.5 333. ואט הוא רוחב הסרט נופל, 0.30 מ'.</li>
		<li>בהדרגה להתאים את השסתומים על הקשר זרימה כדי לקבל קצב הזרימה הרצויה על המצע זכוכית.</li>
		<li>התאם את קבוצת צעד מיקרומטר לים הסרט הרוכש עובי הסרט Nusselt המתאימים עבור קצב הזרימה שבחרת, כדי למנוע קפיצה הידראולי הים סרט או זרם של אחורי של אוויר לתוך החדר הפצה.</li>
		<li>באופן ידני לשאוב אוויר בבית הבליעה הפצה כדי לקבל זרימה אחידה במורד הנהר על פני קולנוע.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
יחידת בקרה הסרט
	<ol>
<li>ודא כי מחולל מחובר את ברז חשמלי דרך העברת שאינם latching באמצעות כרטיס רכישה נתונים (DAC).</li>
		<li>. הפעילי את הברז והן את מחולל אותות</li>
		<li>הגדר את מחולל כפייה התדר הרצוי. בעבודה זאת, שימשו תדרים של 2 ו- 3 הרץ.</li>
		<li>בחר את האות הרצוי גל (גל סינוס, גל sawtooth, גל מרובע, וכו '). בעבודה זאת, שימש אות גל סינוס. איור 2A ו- 2B להראות את הניגוד בין סרט בלתי מבוקרת וסרט מבוקרת.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
מערכת ייצור רביב
	<ol>
<li>לצרף את צינורות פלסטיק נקי מזרק מלא מים.</li>
		<li>הכנס את המזרק הגנרטור droplet.</li>
		<li>מוספית מחט מזרק של גודל שבחרת (בהתאם לקוטר הרצוי droplet) לקצה השני צינורות פלסטיק. הטווח קוטר droplet למד היה בין 0.0023 ל 0.0044 מ'.</li>
		<li>להתאים את גובה הנפילה הירידה מעל פני השטח הסרט. בעבודה זו, גובה הנפילה של הטיפה היו מגוונים מ- 0.005 עד 0.45 מטר, נותן מהירות ההשפעה בין 0.30 ± 0.02 - 2.96 ± 0.06 m/s.</li>
		<li>באופן דומה, להגדיר את נקודת הפגיעה streamwise את הירידה לים הסרט. זה הוגדר 0.3 m בעבודה זו כדי להבטיח הגלים בנוי היטב לפני הפגיעה.</li>
		<li>הגדרת קצב הזרימה הרצויה עבור משאבת מזרק.</li>
		<li>להתאים את קצב הזרימה כדי להשיג את תדירות יצירת droplet גדול יותר מאורך הגל של הגלים שנוצרו על גבי הסרט; כדי להבטיח טיפות מההווה במרוכז על אזורים שונים של הסרט מבוקרת. ראה איור 2C; עם הגדלה של גל יחיד ב איור דו-ממדי כדי להראות את שוני בפרופיל זרימה מתחת19,20בכל אזור.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
הגדרת הדמיה במהירות גבוהה
	<ol>
<li>מניחים את המצלמה על דוכן חצובה (או כל הסדר מתאים אחר).</li>
		<li>בחר את עדשת מאקרו עם אורך מוקד הרצוי ולהתחבר זה עם המצלמה.</li>
		<li>. הפעילי את המצלמה במהירות גבוהה ולהבטיח פוקוס ישיר על פני קולנוע. יישר את המצלמה על סטיות אופקיים ואנכיים 7˚ ו- 12˚ בהתאמה אל פני השטח הסרט. זה נותן תמונה מעולה הצדדית של תהליך ההשפעה, וכתוצאה מכך רזולוציה של מיקרומטר 67.5/פיקסל ו- 46.6 מיקרומטר לפיקסל בכיוונים streamwise ו- spanwise, בהתאמה.</li>
		<li>התאם את המוקד של המצלמה-העדשה (ליד הפתח הגדול) באמצעות פריט כיול מוצבת בדיוק על ההשפעה droplet ספוט.</li>
		<li>ברגע מוקד חדה התקבל, להקטין את הצמצם כדי להבטיח שרק כמות קטנה של אור נכנס למצלמה.</li>
		<li>הגדר את קצב המסגרות הרצוי, רזולוציה, ואת מהירות התריס של המצלמה במהירות גבוהה. קצב מסגרות של 5000 fps, 800 x 600 רזולוציה, גודל הצמצם 1/16, מהירות תריס של 1 µs שימשו בעבודה זו.</li>
		<li>מקם את מפזר אור מול מקור האור, כפי שמוצג באיור 1C, כדי להבטיח שהאור בצורה אחידה מפוזרת ברחבי האזור הדמיה.</li>
		<li>כוח על מקור האור כדי לאשר אחיד הפצת האור מעל האזור הדמיה.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. כיול
הערה: ראה איור 3.
<ol><li>לשים את סרגל בכיוון זרימת הסרט (בדיוק על הנקודה הפגיעה), להשיג תמונות של נקודות נמדד על פני קולנוע.</li>
	<li>אני חוזר אבל 2.1 עם הסרגל לכיוון spanwise.</li>
	<li>השתמש לעיל כדי להשיג את הפתרונות המרחבי על פני קולנוע.</li>
</ol>3. וידאו, חדרי קירור והקפאה
<ol><li>לאחר הסרט הזרימה הוא הוקם על האסדה, להתחיל את משאבת מזרק ולבחון את השפעת הטיפות מטפטפים על פני קולנוע.</li>
	<li>להתחיל את מחולל ולבחון את הייצור של גלים spatiotemporally קבוע על פני קולנוע.</li>
	<li>ודא טיפות רצופים משפיעים על אזורים שונים של פני השטח הסרט מבוקרת.</li>
	<li>לצפות את פוסט-מפעילה מסגרת מספר ולהגדיר את זה בערך מחצית האורך וידאו כדי שלמאחה ללכוד את ההשפעה.</li>
	<li>כוח על מקור אור, המפעיל לכידת התמונה השפעה קורה פעם אחת.</li>
	<li>כיבוי מקור האור לאחר לכידת התמונה יושלם כדי למנוע התחממות יתר של הסרט נוזלי.</li>
	<li>מבחינה ויזואלית לנתח את התמונה שהושג על מסך המחשב. לבדוק אם הפגיעה התרחשה על אחד של הסרט שטוח, גל נימי, או גל הגיבנת אזורים.</li>
	<li>לקצץ את הווידאו בחלק מציג תהליך ההשפעה ולשמור על הטווח של המסגרת בפורמט וידאו/תמונה.</li>
	<li>חזור על 3.5-3.8 ולהקליט ההשפעה בודדים על כל האזורים על פני השטח הסרט, viz הגיבנת בודד. , גלי נימי, וסרט שטוח.</li>
</ol>4. התמונה שלאחר עיבוד וניתוח
<ol><li>הנח סרגל בתוך שדה הראייה לחשב את הרזולוציה המרחבית על ידי ספירת מספר הפיקסלים מתאימים לרוחב 1 ס מ. באמצעות כיול התמונה, להשיג את גורם קנה המידה עבור התמונה ממד המדידה.</li>
	<li>להשוות את התוצאות של תהליך ההשפעה על אזורי ההשפעה שונה מן התמונות במהירות גבוהה. לבדוק הבדלים בולטים.</li>
	<li>באמצעות עיבוד תמונה מתאימה MATLAB שגרתי, למדוד את התכונות המאפיינים של התוצר של תהליך ההשפעה: כלומר במצב מתיז, למדוד את הכתר גובה, קוטר, עובי, הטיית זווית, כתר הפונה לכיוון, מספר וגודל הפצה של טיפות משני בשניה.</li>
	<li>לבצע כמותני דומה כמו 4.3 לעיל על ההשפעות נמוך-וובר. ספירת הזמן קמצוץ-off של הלוויין יורד מן הדימויים ותחום בזמן, למדוד את איפקס אורך ורוחב של העמודה נוצר coalescence חלקית לפני קמצוץ-off של טיפות משני. למדוד את גודל טיפות משני בשניה. לספור את מספר אשד בתהליך חוזרות קמצוץ-off.</li>
	<li>שימו לב כל ההבדלים איכותי בכל אזור.</li>
</ol>

<ol><li>Yarin, A. L. <a target="_blank" href="https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.fluid.38.050304.092144">Drop impact dynamics: Splashing, spreading, receding, bouncing….</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 38, 159-192 (2006).</li>
<li>Rein, M. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1016/0169-5983(93)90106-K/meta">Phenomena of liquid drop impact on solid and liquid surfaces.</a> Fluid Dynamics Research. 12 (2), 61-93 (1993).</li>
<li>Liang, G., Mudawar, I. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931016304136">Review of mass and momentum interactions during drop impact on a liquid film.</a> International Journal of Heat and Mass Transfer. 101, 577-599 (2016).</li>
<li>Dam, D. B., Le Clerc, C. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.1773551">Experimental study of the impact of an ink-jet printed droplet on a solid substrate.</a> Physics of Fluids. 16 (9), 3403-3414 (2004).</li>
<li>Worthington, A. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWorthington%2C+AM+%22A+study+of+splashes%22">A study of splashes</a>. , Longmans, Green, and Company. (1908).</li>
<li>Edgerton, H. E., Killian, J. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aEdgerton%2C+HE+%22Flash%21+Seeing+the+unseen+by+ultra-high-speed+photography%22">Flash! Seeing the unseen by ultra-high-speed photography</a>. , CT Branford Co. (1954).</li>
<li>Josserand, C., Thoroddsen, S. T. <a target="_blank" href="https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev-fluid-122414-034401">Drop impact on a solid surface.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 48, 365-391 (2016).</li>
<li>Kolinski, J. M., Mahadevan, L., Rubinstein, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lift-off+instability+during+the+impact+of+a+drop+on+a+solid+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Lift-off instability during the impact of a drop on a solid surface.</a> Physical Review Letters. 112 (13), 134501(2014).</li>
<li>Hobbs, P. V., Osheroff, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Splashing+of+drops+on+shallow+liquids%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Splashing of drops on shallow liquids.</a> Science. 158 (3805), 1184-1186 (1967).</li>
<li>Adomeit, P., Renz, U. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301932299000798">Hydrodynamics of three-dimensional waves in laminar falling films.</a> International Journal of Multiphase Flow. 26 (7), 1183-1208 (2000).</li>
<li>Blanchette, F., Bigioni, T. P. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/dynamics-of-drop-coalescence-at-fluid-interfaces/B66DFE98A0DC1B74FB892E614A503B39">Dynamics of drop coalescence at fluid interfaces.</a> Journal of Fluid Mechanics. 620, 333-352 (2009).</li>
<li>Wang, A. B., Chen, C. C. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1287511">Splashing impact of a single drop onto very thin liquid films.</a> Physics of Fluids. 12 (9), 2155-2158 (2000).</li>
<li>Che, Z., Deygas, A., Matar, O. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+droplets+on+inclined+flowing+liquid+films%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Impact of droplets on inclined flowing liquid films.</a> Physical Review E. 92 (2), 023032(2015).</li>
<li>Craster, R. V., Matar, O. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+and+stability+of+thin+liquid+films%5BTitle%5D)+AND+%22Reviews+of+Modern+Physics%22%5BJournal%5D)">Dynamics and stability of thin liquid films.</a> Reviews of Modern Physics. 81 (3), 1131(2009).</li>
<li>Adebayo, I. T., Matar, O. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Droplet+impact+on+flowing+liquid+films+with+inlet+forcing%3A+the+splashing+regime%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Droplet impact on flowing liquid films with inlet forcing: the splashing regime.</a> Soft Matter. 13 (41), 7473-7485 (2017).</li>
<li>Chang, H. H., Demekhin, E. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aChang%2C+HH+%22Complex+wave+dynamics+on+thin+films%22">Complex wave dynamics on thin films</a>. 14, Elsevier. (2002).</li>
<li>Liu, J., Gollub, J. P. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.868232">Solitary wave dynamics of film flows.</a> Physics of Fluids. 6 (5), 1702-1712 (1994).</li>
<li>Benjamin, T. B. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/services/aop-cambridge-core/content/view/S0022112057000373">Wave formation in laminar flow down an inclined plane.</a> Journal of Fluid Mechanics. 2 (6), 554-573 (1957).</li>
<li>Kalliadasis, S., Ruyer-Quil, C., Scheid, B., Velarde, M. G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKalliadasis%2C+S+%22Falling+liquid+films%22">Falling liquid films</a>. 176, Springer Science & Business Media. (2011).</li>
<li>Adebayo, I., Xie, Z., Che, Z., Matar, O. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Doubly+excited+pulse+waves+on+thin+liquid+films+flowing+down+an+inclined+plane%3A+An+experimental+and+numerical+study%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Doubly excited pulse waves on thin liquid films flowing down an inclined plane: An experimental and numerical study.</a> Physical Review E. 96 (1), 013118(2017).</li>
<li>Turitsyn, K. S., Lai, L., Zhang, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Asymmetric+Disconnection+of+an+Underwater+Air+Bubble%3A+Persistent+Neck+Vibrations+Evolve+into+a+smooth+Contact%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Asymmetric Disconnection of an Underwater Air Bubble: Persistent Neck Vibrations Evolve into a smooth Contact.</a> Physical Review Letters. 103, 124501(2009).</li>
<li>Miskin, M. Z., Jaeger, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Droplet+Formation+and+Scaling+in+Dense+Suspensions%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Droplet Formation and Scaling in Dense Suspensions.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109, 4389-4394 (2012).</li>
<li>Paulsen, J. D., Burton, J. C., Nagel, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Viscous+to+Inertial+Crossover+in+Liquid+Drop+Coalescence%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Viscous to Inertial Crossover in Liquid Drop Coalescence.</a> Physical Review Letters. 103, 114501(2011).</li>
<li>Royer, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Birth+and+growth+of+a+granular+jet%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Birth and growth of a granular jet.</a> Physical Review E. 78, 011305(2008).</li>
</ol>

המחברים יש ריהצהל.

בחלק זה, אנו מספקים צורך להבטיח תוצאות איכותיות מתקבלים מן הפרוטוקול כמה טיפים. ראשית, המצע זכוכית שעליו הסרט נוזלי הזורם חייב להישמר לחלוטין עפר ללא כדי להבטיח את המאפיינים של הסרט נוזלי נשמרים ללא פשרות. זהו בר השגה על ידי ניקוי קבוע (כנראה באמצעות חומר ניקוי מתאים, ו לנגבם מגש כדי למנוע התפרקות לתוך המערכת). באופן דומה, צריך להיות תחליף קבוע של הנוזל-המבחן כולו, אחרי כמה סיבובים ניסיוני, כדי להבטיח תוצאות מדויקות.
שנית, תא נוזל-הפצה חייב להיות meshed היטב, גם נשמרים אוויר חזק כדי להבטיח שהסרט נוזלי outflowing הוא אחיד. ניתן לבצע זאת בשאיבת האוויר מחוץ לקופסה הפצה לפני ניסוי באופן ידני. השימוש של מיקרומטר-שלבים-הים סרט מומלץ להגדיר את הפער-הגובה-הים סרט על עובי הסרט המדויק שמנבאת את ההערכה Nusselt של זרימת הסרט במספר ריינולדס המתאימים. פעולה זו תמנע לקפוץ הידראולי או זרם אחורי-הים.
המבצע של ברז חשמלי חייב להיות תמיד גם בדק, לקביעה כראוי. זאת משום pulsation המתאים של הזרם נדרש כדי להבטיח את הייצור של הגלים בכפייה. זה יכול להיבדק מן הרגיל לחיצה על הצליל של הברז, כמו גם pulsation נתפסת לאורך הצנרת חיבור. קצב זרימת הנוזל לתוך למשאבה מזרק גם להגדיר בקפידה כדי להבטיח שטיפות המערכת מוציאה בצורה טפטוף, הימנעות בכל האצה מראש לפני נפילה.
כיול המתאים של המצלמה במהירות גבוהה והקפדה כדי לקבל תוצאות מדויקות מאוד. גודל הצמצם חייב גם להיות בקפידה בהתחשב בפרמטרים כמו עומק שדה, זמן החשיפה, בהירות התמונה הכוללת. למצלמה מפעילה במהלך הקלטת וידאו, משתמשים נדרשים גם להעריך כמה מסגרות צריך להירשם לפני מפעילה. זו עשויה להשתנות עם יחידים, תלוי בזמן השפעת ירידה, ולכן, מספר בדיקות ניסיון לתרגול מומלץ לפני מדידות בפועל. באופן דומה, מקור האור חייב להיות מסודרים כראוי, כשמאירים היטב כדי למזער את הצל בתמונה.
חשוב לציין ולזכור כי המוקד העיקרי של המחקר הוא התרומות של הגלים הדינמיקה השפעה של הטיפות נופלים, ומכאן היווצרות מבנים גל רגיל חיוני מחקר מדויק של העיקרון הבסיסי. בתרחישים שבו המבנים גל שנצפו במהירות מעבר מבנים תלת מימדיים, מומלץ כי זווית הנטייה המצע להיות מופחת14,19 כדי להקל על מעבר איטי של המבנים גל .
מגבלה אחת של הטכניקה הוא ציין בהעדר מכשיר מדידה המציין את עובי הסרט מיידי בפועל על כל אזור הפגיעה. זה היה מספק פרטים על התופעה נצפתה הכללית.
לסיכום, ההליך המתוארים בדו ח זה יכול לשמש גם בחקר דינמיקה האבולוציה גל פשוטה, בעוד מערכת ההדמייה במהירות גבוהה תיאר שניתן להחיל על תחומי מחקר רבים עם דינמיקה מהירה כגון ירידה נוזלי הפרידות21, 22/coalescence23, מטוסי פרטנית24, וכו איפה תופעות חשובות הם נצפו על ציר זמן מיקרו...

Droplet ההשפעה היא תופעה נפוצה מאוד בטבע ומושך תשומת לב לכל צופה סקרן1. היא מהווה שטח מחקר פעיל עקב שלה יישומים רבים כולל קירור-ספריי, כיבוי אש, מדפסת הזרקת-דיו, תרסיס ציפוי, הפקדת הלחמה בליטות על מעגלים מודפסים, העיצוב של מנועי בעירה פנימית, ניקוי משטח והדפסה תא2. היישום שלה משתרע גם על חקלאות, למשל, טפטוף השקיה, ריסוס3,4. תאריכי העבודה החלוצית במאהה 19, עם העבודה של וורת'ינגטון5, בעוד התקדמות גדולה רק נעשו לאחרונה בשל הופעתה של הדמיה במהירות גבוהה6. מאז, מספר מחקרים בוצעו; באמצעות סוגים שונים של משטחים ההשפעה החל מוצקים7,8, רדוד,9 ו-10,בריכות עמוק נוזלי11 סרטים רזה12,13.
עם זאת, למרות הנפח הגדול של מחקר על השפעת droplet על משטחים נוזלי (קרי, בריכות רדודות ועמוקות וסרטים השבתה הדרגתית), השפעה על סרטים נוזלי זורם רזה לא קיבל מספיק תשומת-לב. בנוסף, עד כה, מחקרים הזניחו את התרומות של מבנים מרחביים של גלי droplet ההשפעה דיינמיקס.
בדו ח זה, אנו מציגים את הליך ניסיוני מפורט כדי לחקור את תהליך ההשפעה droplet על סרטים זורם dynamics אשר מושפעים על ידי כניסת-אילוץ של קצב זרימת הנוזל; להלן, אנו מתייחסים אליהם כמו סרטי "מבוקרת". אנו מוצאים כי אלה יש יישומים רבים בתעשיות טורבולנטית רב פזית (למשל, קירור שורה in מגדלי יוקרה, עמודות זיקוק, וכן גם במשטר הזרימה טבעתי נצפתה פאזיות), במיוחד כאשר פקד הסרט הפך להיות צעד חשוב ב התעצמות של חום ושל העברת המונים רבים תהליך תעשיות14. הקורא מעוניין נקרא שלנו בעבודה הקודמת15 לקבלת פרטים נוספים על התוצאות של מאמצינו מחקר על זה.
יישום זה של תדירות תנודות של קצב הזרימה כניסת גורמת להיווצרות של גלים רגילים על פני קולנוע. אנו מתמקדים משפחת גל בודד, אשר במהותו מאופיין על ידי פסגות צר מופרד באופן נרחב על ידי סדרה של חתיכת גלים נימי16,17,18. אנחנו לומדים את תוצאת ההשפעות המשויך שבין שלושת החלקים המרכזיים של המבנה גל בודד: 'הסרט שטוח', 'גל דבשת' ואזורי חתיכת "נימי גל'. אנחנו גם חדות תוצאות אלה עם אלה הקשורים סרטים זורם בצורה בלתי מבוקרת. התוצאות שלנו להראות כי הטבע סטוכסטי של גל מראה על הסרט לא מבוקרת משפיעה במידה ניכרת על התוצאה של השפעת ירידה, עם אזורים נפרדים הסרט מבוקר גם מציג מנגנונים חדשים, אשר יש לנו מפורט שניהם איכותית, באופן כמותי.
הקודם נייר15, באמצעות הליך דומה למדנו את השפעת הסרט פקד droplet הדינמיקה השפעה במשטר מתיז. התוצאות שהושג הראו הבדלים כמותיים ואיכותיים המורפולוגיה הכתר (גובה, קוטר, עובי הקיר, זווית הטיה, וכיוון) כמו גם התפלגות מספר, גודל טיפות משני בשניה.
בדו ח זה, אנו מתארים את הסידור מעוצב כדי להבין את תפקיד קריטי בגילומו של אלה למבנים מרחביים droplet ההשפעה dynamics, גם פרטי תמציתי נוכח הממצאים שלנו לא רק במשטר מתיז, אלא גם לתוצאות אחרות של רביב ההשפעה (בילוי הקפצה, הזזה, חלקי/סה כ coalescence). לפי הפרוטוקול הסטנדרטי המתוארים להלן, השפעת הסרט שליטה על הדינמיקה השפעה droplet ניתן יהיה ללמוד אופנה לשחזור.

<table><tbody><tr><td>מחולל פונקציות</td><td>GW INSTEK</td><td>AFG 2005 סדרה, דיגיטלי. Geo0852266</td><td>מייצר סוג מגוון של אותות גל, החל מסינוס, ריבוע ועד גל שן מסור בתדרים שונים (0.1 הרץ - 5 מגה-הרץ).</td></tr><tr><td>משאבת מזרק</td><td>Braintree Scientific Inc.</td><td>Bs-8000 /225540</td><td></td></tr><tr><td>שסתום סולנואיד</td><td>SMC-VXD</td><td>2142A. 0AE-5001</td><td>ממסר שתי יציאות המופעל על ידי טייס</td></tr><tr><td></td><td>Takamisara</td><td>A5W-K. 154424C-03L</td><td></td></tr><tr><td>משאבה חשמלית</td><td>Clarke SP</td><td>SPE1200SS 1</td><td></td></tr><tr><td>מד זרימה</td><td>RS רכיב</td><td>CYNERGY3 UF25B 14011600040110</td><td>טווח מדידה: 0.2-25 ליטר/דקה</td></tr><tr><td>מדרגת מיקרומטר</td><td>RS רכיב</td><td>ראש מיקרומטר</td><td>0.01 מ"מ/0 -13 מ"מ</td></tr><tr><td>מצלמה מהירה</td><td>אולימפוס</td><td>I-SPEED 3.</td><td>מסוגל להקליט במהירות של עד 100, 000 פריימים לשנייה.</td></tr><tr><td>מקור אור</td><td>TLC ספקי חשמל</td><td>IP54 -שחור</td><td>פנס הלוגן סגור כפול. דירוג 500 וואט.</td></tr><tr><td>מפזר אור</td><td>OptiGraphix</td><td>DFPMET</td><td>250 &mu; עובי מ '</td></tr><tr><td>מצע זכוכית</td><td>משקפי מכשיר בע"מ</td><td>זכוכית צף סודה ליים; 570 מ"מ x 300 מ"מ x 4 מ"מ</td><td>סובלנות שטוחות 0.02/0.04.</td></tr><tr><td>עדשות מאקרו</td> <td>(א) Nikon (b) Sigma</td><td>(a) AF-Micro-Nikkor 60 מ"מ f/2.8 D (b) 105 מ"מ f/2.8 Macro-Ex</td><td></td></tr><tr><td>Test-נוזל</td><td>מים נטולי יונים מהמעבדה האנליטית של אימפריאל קולג'.</td><td>פתרון סטנדרטי (AnalaR)</td><td></td></tr></tbody></table>

סרט שליטה ללמוד תרומות של גלים droplet דיינמיקס ההשפעה על סרטים נוזלי זורם דק

Film Control to Study Contributions of Waves to Droplet Impact Dynamics on Thin Flowing Liquid Films

Droplet ההשפעה היא תופעה נפוצה מאוד בטבע ומושך תשומת לב בשל משיכה האסתטי שלה יישומים למחשוב. מחקרים קודמים על סרטים נוזלי זורם הזניחו את התרומות של מבנים מרחביים של גלי כדי השפעת תוצאות, בזמן זה לאחרונה הוכח יש השפעה משמעותית על הדינמיקה השפעה טיפה. בדו ח זה, אנחנו חלוקה לרמות הליך שלב אחר שלב כדי לחקור את ההשפעה של כניסת תקופתיים אילוץ של סרט נוזלי זורם המוביל לייצור של גל רגיל spatiotemporally מבנים בדינמיקה ההשפעה טיפה. גנרטור פונקציה בקשר עם שסתום סולנואיד משמש לגרות מבנים אלה גל spatiotemporally קבוע על פני קולנוע בזמן הדינמיקה השפעה של טיפות בגודל אחיד נלכדים בעזרת מצלמה במהירות גבוהה. שלושה אזורים הנבדלים זה מזה אז נלמדים; בילוי באזור גל נימי שקדמו לשיא גל גדול, שטוח הסרט האזור והאזור הגיבנת גל. ההשפעות של גדלים חסרי ממד חשוב כמו הסרט ריינולדס, זרוק וובר, מספרים Ohnesorge פרמטרים על-ידי קצב הזרימה הסרט, טיפה מהירות וגודל ירידה גם נבדק. התוצאות שלנו להראות מעניין, עד כה לא ידועות dynamics הביא על ידי יישום זה סרט כניסת לאלץ של הסרט זורם שתי טיפות אינרציה נמוך וגבוה.

פרוטוקול ללמוד התרומות של גלים droplet דיינמיקס ההשפעה על סרטים נוזלי זורם מוצג.

סרט שליטה ללמוד תרומות של גלים Droplet דיינמיקס ההשפעה על סרטים נוזלי זורם דק

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous ...

שיטה זו יכולה לסייע לנו לענות על שאלות מפתח בתחומים של יריעות נוזליות זורמות, סרטים דקים, השפעת טיפות. אנו סוטים לדינמיקה של אבולוציה של גלים. הם מתפרקים בהתלכדות של טיפות, והם גם מגרגר תפסים. אז היתרונות העיקריים של טכניקה זו הם שהיא מספקת לנו דרך לחקור ביסודיות תופעות בטווח זמן קצר. כדי להתחיל בהליך, יש לנקות את מצע הזכוכית השטוח עם המטלית הרכה כך שכל הלכלוך והחלקיקים יוסרו מעל פני המצע. הגדר את ציר המצע לזווית הנטייה הרצויה. מלאו את המאגר בנוזל הבדיקה, כגון מים נטולי יונים. הפעל את משאבת הנוזל ואשר שהנוזל זורם כרגיל על פני כל משטח המצע. בדוק את קריאת קצב הזרימה במד הזרימה, והתאם בהדרגה את שסתום הזרימה הישירה כדי להשיג את קצב הזרימה הרצוי. לאחר מכן, כדי למנוע קפיצה הידראולית בכניסת הסרט או זרימת אוויר גרועה לתא החלוקה, כוונן את קצה הסכין של תא ההפצה כדי להגדיר את גובה הפער בראש הסרט לערך עובי הסרט המדויק עבור קצב הזרימה. שאב ידנית את האוויר מתא החלוקה כדי להבטיח זרימת נוזלים תקינה ואחידה על פני כל המצע. לאחר מכן, ודא כי מחולל הפונקציות מחובר לשסתום הסולנואיד בנתיב זרימת הנוזל דרך ממסר שאינו ננעל. לאחר מכן, הפעל את מחולל הפונקציות ואת שסתום הסולנואיד. הגדר את מחולל הפונקציות לתדר הכפייה ולצורת הגל הרצויים. לאחר מכן, מלאו מזרק בנוזל הבדיקה הרצוי, כגון מים נטולי יונים. חבר צינורות פלסטיק נקיים לתוך המזרק, והתקן את המזרק במכלול מחולל הטיפות. חבר את המחט בקוטר הרצוי לקצה השני של צינור הפלסטיק באמצעות סרט נייר. הרכיב את הצינור והמזרק במכלול. כוונן את מיקום המחט כדי להשיג את גובה הנפילה הרצוי ואת מרחק נקודת הפגיעה הזרם מכניסת הסרט. הפעל את משאבת המזרק והתאם את קצב הזרימה כך שטיפות מים יטפטפו מהמחט על הסרט ללא כל האצה מוקדמת הניתנת לזיהוי. המשך להתאים את קצב הזרימה כדי להשיג תדר יצירת טיפות התואם את אורך הגל של הגלים על פני הסרט, מה שמבטיח שטיפות ייפלו על אזורים שונים של הסרט. הניחו מפזרי אור מול מקורות האור והדליקו את האור. ודא שאזור ההדמיה מואר באופן אחיד ולאחר מכן כבה את האור. לאחר מכן, כבה את מחולל הפונקציות ומחולל הטיפות. התקן מצלמה מהירה על חצובה. התקן את המצלמה עם עדשת מאקרו בעלת אורך המוקד הרצוי והפעל את המצלמה. מקד את המצלמה על משטח הסרט עם 7

film-control-to-study-contributions-waves-to-droplet-impact-dynamics

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

השפעת הירידה של נוזלים שאינם הניוטונית היא תהליך מורכב שכן פרמטרים פיזיים שונים להשפיע על הדינמיקה לאורך זמן קצר מאוד (פחות מעשירית מאלפית שני). טכניקת הדמיה מהר הוא הציג במטרה לאפיין את התנהגויות ההשפעה של נוזלים שאינם הניוטונית שונים.

טכניקת הדמיה מהירה ללמוד טיפת השפעת דינמיקה של נוזלים ללא הניוטונית

מתואר הפרוטוקול לייצור ותפעול של התקני הרטבת שדה (Field-DW), כמו גם המחקרים הראשוניים של השפעות השדות החשמליים על תכולת הטיפות.

ניצול של אינטראקציה אגל-פני השטח מופחת למטב תחבורה של Bioanalytes במיקרופלואידיקה הדיגיטלי

מתוארים שני מכשירים ניסיוניים לבחינת פגיעה בסילון נוזלי על משטח נע במהירות גבוהה: מכשיר תותח אוויר והתקן דיסק מסתובב. המכשירים משמשים לקביעת גישות אופטימליות ליישום משנה חיכוך נוזלי (LFM) על פסי רכבת לבקרת חיכוך על גבי המסילה.

ויזואליזציה של High Speed ​​Liquid Jet Impaction על משטח העברה

כאן, אנו מדגימים שיטת ייצור פשוטה עבור מיקרו-טיפות מים בשמן (W/O) הניתנות לשליטה בגודל, חד-פיזוריות, באמצעות מכשיר מיקרופלואידיקה צנטריפוגלי מבוסס נימים. שיטה זו דורשת נפח דגימה קטן בלבד ומאפשרת ייצור בתפוקה גבוהה. אנו מצפים ששיטה זו תהיה שימושית לניתוחים ביוכימיים ותאים מהירים.

נימים מבוססות מכשיר microfluidic צנטריפוגלי עבור גיבוש גודל לשליטה של ​​Monodisperse microdroplets

שיטה אנלוגי השפעול נגיש עבור לימוד תהליכי hydrodynamic מולקולרית צפופה נוזלים מוצג. הטכניקה משתמשת חלקיקים velocimetry תמונה של ערימות התבואה זז, גבוהה-פיצוי ומאפשר תצפית ישירה, מאקרוסקופית של תהליכים דינמיות ידוע והוא ניבא קיימת אינטראקציה חזקה, גבוהה צפיפות גזים ונוזלים.

טכניקת מאקרוסקופית אנלוגי לימוד תהליכי Hydrodynamic מולקולרית צפופה גזים ונוזלים

שתי שיטות שונות עבור אפיון של חלקיק התחלתית של חרוז אחד כפונקציה של הגיאומטריה מיטה משקעים מן למינריות לזרימה מערבולות מוצגים.

באופן חזותי המבוסס על אפיון חלקיק התחלתית של סובסטרטים רגיל: מלמינריות לתנאים הסוערת

פרוטוקול זה מדגים את ההגדרות הבסיסיות ניסיוני עבור המים ערך ניסויים עם כדורים צניחה חופשית. נידונות שיטות משינוי משטח נוזלי עם בדים נחדרת, הכנת כימי ללא הרטבה הספירות, והשלבים לחילוץ ויזואליזציה ונתוני הפתיחה.

ההשפעות של התחומים צניחה חופשית על בריכה עמוק נוזלי עם נוזל שינו ותנאי השטח Impactor

הפרוטוקול נועד לחקור את האינטראקציה בין טיפות ומצעים סופר הידרופובי באוויר. זה כולל כיול מערכת המדידה ומדידת כוח האינטראקציה על מצעים סופר הידרופובי עם שברים ברשת שונים.

מדידת הכוח האינטרקציה בין Droplet למצע סופר-הידרופובי בשיטת המנוף האופטי

פרוטוקול זה מאפשר איסוף יעיל של תמונות במהירות גבוהה ניסיוני של השפעות ירידה נוזלית, ניתוח מהיר של נתונים אלה בקבוצות. כדי לייעל תהליכים אלה, השיטה מתארת כיצד לכייל ולהגדיר מכשירים, ליצור מבנה נתונים מתאים ולפרוס קובץ script לניתוח תמונה.

ניתוח תפוקה גבוהה של השפעות של Droplet נוזלי

סיליקון polycrystalline סרט דק תאים סולריים על זכוכית מיוצרים על ידי הפקדת שכבות בורון וזרחן סיליקון מסוממים ואחריו פסיבציה, פגם גבישים ו metallisation. Plasmonic אור השמנה הוא הציג על ידי יצירת חלקיקים שמייצרת חברת על משטח סיליקון תא כתרים עם רפלקטור מתפזרת וכתוצאה מכך שיפור ~ פוטוני 45%.

סיליקון polycrystalline תאים סולאריים סרט דק עם plasmonic משופרת אור השמנה

חקור את תרומת הגלים לדינמיקת פגיעת טיפות בסרטים נוזליים זורמים באמצעות צילום מהיר. שיטה זו מאפשרת ניתוח מעמיק של תופעות בקנה מידה קצר ומספקת הבנה מקיפה של אינטראקציות בין טיפות לגלים.

סרט שליטה ללמוד תרומות של גלים Droplet דיינמיקס ההשפעה על סרטים נוזלי זורם דק

גלה סרטונים נוספים