Articolo metodologico

Una tecnica Analog macroscopica per studiare i processi molecolari idrodinamici in denso gas e liquidi

DOI:

10.3791/56632

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4 dicembre 2017

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1Department of Mechanical Engineering, University of North Carolina at Charlotte

In questo articolo

Sommario

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Viene presentato un metodo analogico sperimentalmente accessibile per lo studio di processi molecolari idrodinamici in fluidi densi. La tecnica utilizza particle image velocimetry dei mucchi di grano vibrato, alta-restituzione e permette l'osservazione diretta, macroscopici di processi dinamici noto e previsto di esistere in fortemente interagenti, ad alta densità gas e liquidi.

Abstract

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È descritto un metodo analogico, macroscopico per lo studio su scala molecolare processi idrodinamici in denso gas e liquidi. La tecnica si applica un standard fluido dinamico diagnostica, particella image velocimetry (PIV), per misurare: i) le velocità delle singole particelle (grani), ancora esistenti sul breve, grano-collisione scale temporali, ii) le velocità dei sistemi di particelle, sia a breve collisione-tempo - e lungo, continuum-flusso-tempo-bilance, iii) modi collettivi idrodinamici, conosciute per esistere in fluidi densi molecolare e iv) funzioni di autocorrelazione di velocità e lungo-tempo-scala corta, centrale per comprendere le dinamiche delle particelle-scala in sistemi fluidi fortemente interagenti, densi. Il sistema base è composto di un sistema di imaging, fonte di luce, sensori vibrazionali, sistema vibrazionale con un noto software di media e PIV e analisi. Necessarie misure sperimentali e un contorno degli strumenti teorici necessari quando si utilizza la tecnica analogica per studiare processi idrodinamici su scala molecolare sono evidenziati. La tecnica proposta fornisce un'alternativa relativamente semplice a fotonici e metodi di dispersione tradizionalmente utilizzati in studi idrodinamici molecolari del fascio di neutroni.

Introduzione

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Idrodinamica molecolare studia la dinamica e la meccanica statistica delle singole molecole e collezioni di molecole all'interno dei fluidi. Tra le tante tecniche sperimentali sviluppate per lo studio di sistemi molecolari idrodinamica1,2, dispersione della luce1,2,3, simulazioni di dinamica molecolare4, 5,6,7 e, in misura minore, di scattering anelastico neutroni8 s....

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Protocollo

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1. preparazione del sistema vibrante

  1. Impostare il sistema vibratorio come mostrato in Figura 1. Questo sistema è costituito da un anulare in poliuretano ciotola (avendo un diametro esterno di 600 mm), collegato a un singolo-giri/min (1740), motovibratore, dove quest'ultimo genera vibrazioni di processo. Questo è attaccato ad una base ponderata e separato da un gruppo di otto molle (la ciotola e base appesantita vengono acquistati assemblati come un unico pezzo). Fissare il gruppo ciotola al suo stand e fissarlo con due ganci di gomma in dotazione. Pompa peristaltica posto su un tavolo vicino la ciotola e collegare il tu....

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Risultati

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Nel presentare i risultati rappresentativi, ci riferiamo ai processi di continuum-tempo-scala come quelli osservati e previsti su scale temporali, figure-results-1 che sono lunghi rispetto alla scala di tempo di collisione caratteristica grana, figure-results-2 figure-results-3 e particella-tempo-scala processi come que.......

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Discussione

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Per poter utilizzare mucchi di grano vibrato come macroscopici analoghi per l'indagine molecolari processi idrodinamici, un sperimentalista deve, da un lato, imparare e utilizzare quattro misure di base e da altro, padroneggiare alcuni elementi di base dell'equilibrio e meccanica statistica di non equilibrio. In primo luogo concentrarsi su misure sperimentali, questi includono: i) misurazione della dinamica di grano individuale attraverso la misura della funzione di autocorrelazione di particella singola velocità, ii) mi.......

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Dichiarazioni

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Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Ringraziamenti

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Questo lavoro è stato supportato dall'Office of Naval Research (ONR N00014-15-1-0020) [Tkacik e Keanini] ed eseguito presso University of North Carolina a Motorsports Research Lab. lucidatura di Charlotte media è stato donato da Rosler.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Ciotola di lucidatura vibranteRaytechAV-75
Misuratore di portataPompe peristaltiche913 Mity
ScalePelouze4040
Accelerometro triassialePCB PiezotronicsPCB 356B11Accelerometro con sensore Condizionatore di segnale
acquisizione datiIBMThinkpadUtilizzato con alta autovelox
Telecamera ad alta velocitàRedlakeMotionxtra HG-XR
Zoom LensTamronModello A1818-250mm F/3.5-6.3 
ARRIEB 400/575 Dluce ad alta intensità
Software PIV DellDell Precision Tower 7910
Dantec DynamicsDynamic Studio 2013versione 3.41.38
Hardware di acquisizione datiNational InstrumentsSCXISCXI-1000 Chasis con scheda SCXI 1100 e adattatore SCXI 1303
Software di acquisizione datiNational InstrumentsLabVIEW 2012
di elaborazione datiMATHWORKSMATLAB
Polishing MediaRoslerRSG 10/10SDiversi tipi di mezzi utilizzati (misti, sferici, triangolari)
Soluzione lucidanteRoslerFC KFL (3%)3% soluzione di sapone con
acqua Scala rigataSwiss Precision Instruments13-911-3
Cilindro graduatoGlobal Scientific 601082
Flex Computer di Computer di elaborazione dati Software

Riferimenti

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  1. Berne, B. J., Pecora, R. Dynamic Light Scattering. , John Wiley and Sons Ltd. (1976).
  2. Boon, J. P., Yip, S. Molecular Hydrodynamics. , McGraw-Hill. (1980).
  3. Brown, J. C., Pusey, P. N., Goodwin, J. W., Ottewill, R. H. Light scattering study of dynamic and time-averaged correlations in dispersions of charged ....

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Velocimetria laser a immagine di particelleSistema di grani vibrantiIdrodinamica molecolareAutocorrelazione della velocitDistribuzione di Maxwell BoltzmannModi acusticiMeccanica statisticaTelecamera ad alta velocitPompa peristalticaAccelerometro triassiale

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