ניתוח תפוקה גבוהה של השפעות של Droplet נוזלי

פרוטוקול זה מאפשר מחקר יעיל של השפעות טיפה נוזלית על משטחים מוצקים, תופעה יומיומית כי הוא באמת חשוב בתעשייה. התוצאות יכולות להיות מורכבות מאוד, ותלויות בפרמטרים ניסיוניים רבים ושונים. ככל שרכישת הנתונים וניתוחם מתואמים, ניסויים רבים יכולים להתבצע על פני תקופה קצרה, ו ניתן להעריך את איכות הנתונים באופן מיידי.

שיטה זו שימושית ללימוד פרמטרים בסיסיים של השפעת ירידה. כל נוזל, גודל טיפה, מהירות השפעה טיפה, כל חומר מצע, ובכל תנאי הסביבה. שיטה זו יעילה מאוד, אך ישנם מספר שלבים חשובים הדרושים להגדרתה כראוי.

בעקבות הדגמה היא הדרך הטובה ביותר למנוע שגיאות. כדי להגדיר את המצלמה במהירות גבוהה, מקם סמן יישור במיקום המרכזי של שלב הדגימה, מול המצלמה, והתאם את הגדלת המצלמה כך שהסמן הריבועי יתאים לשדה התצוגה. כאשר הסמן נמצא במוקד, לכוד תמונה.

טען את ממשק המשתמש הגרפי עבור תוכנת ניתוח השפעת הירידה ב- MATLAB, לחץ על כיול מצלמה ובחר את התמונה שנלכדה כדי להפעיל את קוד ניתוח התמונה. הזינו את גודל ריבוע הכיול במילימטרים ולחצו על הלחצן 'אשר'. הזז את המלבן עד לריבוע הכיול הוא האובייקט היחיד בתוך המלבן ולחץ על אישור. התוכנה תחשב באופן אוטומטי את גורם ההמרה.

כדי ליישר את מערכת הניסוי, מקם את הר המחט ברמת העיניים כדי להקל על הטעינה, ובדוק כי צינורות אינו מעוות. באמצעות מזרק עם מחט מאובטחת ונקייה, לטהר באופן ידני את הצינור של כל נוזל שיורית, תוך החזקת צינורות ומחט במצב אנכי. ולמלא את המזרק בנוזל העניין.

חבר את המזרק למשאבת המזרק הנשלטת על ידי המחשב, ולחץ והחזק את כפתור ההיתוך של משאבת המזרק כדי לטהר את המחט עד שלא יהיו בועות בתוך הנוזל. הגדר את המשאבה כדי לוותר על הנפח המתאים לשחרור טיפות נוזל בודדות, וליישר את המדגם מתחת למחט. לאחר מכן, השתמש במשאבה כדי לחלק טיפה אחת על המדגם, ולאשר כי טיפה נוחתת ומתפשטת על פני שטח העניין על המדגם.

לאחר אישור הגדרות droplet, להתאים את המיקום האנכי של מחזיק המדגם עד פני השטח הוא ברמה עם מרכז שדה התצוגה של המצלמה, ולהתאים את המיקום האופקי של המצלמה, כך טיפה על המדגם מיושר במרכז שדה התצוגה. לאחר מכן, התאימו את המיקומים האנכיים והאופקיים של ה-LED כך שיתאימו למיקום המצלמה כך שמרכז האור יופיע במרכז שדה התצוגה. ולהתאים את המרחק של המצלמה מהטפה כך טיפה נכנס לפוקוס.

לאחר שהמערכת מיושרת ומכוילת, הגדר את קצב המסגרות של המצלמה לערך אופטימלי עבור האובייקט המוקלט. הגדר את זמן החשיפה של המצלמה לערך קטן ככל האפשר תוך שמירה על תאורה מספקת. והתאימו את צמצם העדשה להגדרה הקטנה ביותר הזמינה תוך שמירה על תאורה מספקת.

לאחר מכן, הגדר את הגורם המפעיל עבור המצלמה באמצעות גורם מפעיל של מצב קצה, כך שהמצלמה תאגר את ההקלטה לפני שתעצור על הגורם המפעיל. כדי לערוך ניסוי, צור תיקיה לאחסון הסרטים עבור קבוצת הניסויים הנוכחית והגדר תיקיה זו כמיקום השמירה עבור תוכנת המצלמה בהתאם למדריך היצרן למצלמה. ודא שתבנית הקובץ עבור תמונות שנלכדו מוגדרת כ- TIFF.

לחץ על הגדר נתיב בממשק המשתמש הגרפי של ניתוח תמונות ובחר את תיקיית שמירת המיקום כך שהתוכנה תפקח על תיקיה זו עבור סרטוני וידאו חדשים. כדי ליצור את מבנה התיקיות עבור ניסויי אצווה, לחץ על יצירת תיקיות והזן את גובה שחרור השחרור המינימלי, את גובה השחרור המרבי, את שלב הגובה בין כל ניסוי ואת מספר הניסויים החוזרים בכל גובה. ולחץ על אישור כדי להפעיל את קובץ ה- Script של יצירת תיקיות.

לפגיעה על משטח יבש ומוצק, יש לנקות את המשטח בהתאם לפרוטוקול סטנדרטי מתאים, ולאפשר למשטח להתייבש לחלוטין. כדי לתעד אירוע השפעה של טיפה, מקם את הדגימה על שלב הדגימה כך שהיא מיושרת עם המצלמה, והזז את המחט לגובה שחרור טיפה הרצוי. ודא שהתצוגה מהמצלמה אינה ניתנת להריסה לפני לכידת תמונה ושמירתה בתוכנת המצלמה.

התחל את הקלטת הווידאו כך שהמצלמה תקליט ותאגרף, ולהשתמש במשאבת המזרק כדי לחלק טיפה אחת על המדגם. לאחר מכן הפעל את ההקלטה כדי להפסיק לאחר השלמת אירוע ההשפעה. מוציאים את המשטח ממחזיק הדגימה ומייבשים את המשטח בהתאם לצורך.

כדי להכין את קובץ הווידאו שנתפס לניתוח, בתוכנת המצלמה במהירות גבוהה, לסרוק את הווידאו כדי למצוא את המסגרת הראשונה שבה טיפה הוא לגמרי בתוך שדה התצוגה, לחתוך את תחילת הווידאו למסגרת זו. התקדם במספר המסגרות הדרושות ללכידת תופעות העניין במהלך ניסוי ההשפעה, וחתוך את סוף הווידאו למסגרת זו. לאחר מכן, שמור את הווידאו כקובץ AVI ואת נתיב השמירה לתיקיה המתאימה עבור האצווה הניסיונית הנוכחית, גובה השחרור והמספר החוזר.

בממשק ניתוח התמונות, לחץ על מיין קבצים ואשר באופן חזותי שתדמית הרקע שהתקבלה מוצגת כעת על המסך. לאחר מכן, לחצו על 'הפעל עקיבה' כדי להתחיל בעיבוד התמונה. הסרטון יוצג עם השכבת-על של עיבוד התמונה המתקבלת.

בדוק באופן איכותי כי עיבוד התמונה מתפקד כראוי על ידי צפייה בסרטון. לניתוח נתונים גולמיים, בממשק המשתמש הגרפי לניתוח תמונה, לחץ על נתוני תהליך כדי להתחיל בחישוב המשתנים העיקריים מנתוני התהליך הגולמיים. לאחר מכן, הזינו את קצב המסגרות של ההקלטה, צפיפות הנוזלים, מתח פני השטח הנוזלי וערכי צמיגות הנוזלים ולחצו על הלחצן 'אשר'. הנתונים יישמרו בקובץ MAT של תיקיית הווידאו ויייצאו כקובץ CSV.

ריבוע הייחוס חייב להיות ללא הפרעה בשדה התצוגה של המצלמה, ובמוקד. מוקד שגוי של ריבוע ההפניה יגרום לשגיאה שיטתית בערכים המחושבים. תוכנת זיהוי טיפה מסתמכת על פני השטח של המדגם להיות מוצג אופקית למצלמה, כפי שנצפה בתמונה זו.

משטחים מכופפים, או נפתרים בצורה גרועה, ייצרו שגיאות עיבוד תמונה. כדי להבטיח כי התפשטות טיפה כולה הוא במעקב על ידי התוכנה, טיפה צריך לנחות במרכז המדגם. אם המערכת מיושרת באופן שגוי, טיפה יכול להיסחף מהמיקום המרכזי, ויהיה מחוץ לפוקוס.

כדי להבטיח שהקצוות המדמיין של טיפת הפגיעה ייראו חדים, יש להשתמש בזמן החשיפה הקצר ביותר האפשרי עם מקור האור הזמין. יישור שגוי של נתיב התאורה ביחס למצלמה משפיע לעתים קרובות על הגדרות אחרות, כגון צמצם המצלמה ותזמן החשיפה, וכתוצאה מכך קצה מטושטש לטפטפת הנוסעת. התוכנה אמורה להיות מסוגלת לעקוב אחר כל קווי המתאר של טיפה בתמונות וידאו.

אם המעקב לא הושלם, הערכים הנמדדים, כגון אורך טיפת ההתפשטות, יהיו שגויים. חיוני שהמצלמה ממוקדת כראוי, ומיושרת עם הדוגמה, ושווידאו שנשמר תואם לנתיב שסופק בתוכנה. אחרת, הניתוח ייכשל.

הצלחנו לחקור וריאציות בתוצאות ההשפעה על פני מגוון פרמטרים ניסיוניים. לדוגמה, בקביעת המהירות של מתי טיפה מתחילה להתיז.