Investigare la separazione tridimensionale del flusso indotta da un modello di polipo piega vocale

L'obiettivo generale del seguente esperimento è quello di studiare la separazione tridimensionale del flusso indotta da un polipo modello della corda vocale. Ciò si ottiene montando un emisfero proteico con un rapporto d'aspetto di due a uno nella sezione di prova di una galleria del vento per modellare una sporgenza montata a parete, come un polipo o un nodulo. In una seconda fase, vengono eseguite tecniche di visualizzazione del flusso dell'olio, che consentono la visualizzazione delle linee di attrito della pelle e dei punti di separazione e attacco all'interno del flusso superficiale.

Successivamente, le misurazioni della pressione superficiale instabile vengono acquisite attorno alla protuberanza montata a parete. Al fine di quantificare i carichi di pressione della parete che circondano il polipo del modello, i risultati in combinazione con i dati di simmetria delle ville dell'immagine delle particelle mostrano la presenza di un vortice a ferro di cavallo che rilascia vortici a forcina e carichi di pressione spaziale e temporale che circondano il polipo della corda vocale del modello, che dovrebbero contribuire alla dinamica irregolare delle corde vocali osservata in pazienti con condizioni patologiche come polipi o noduli. Questo metodo può fornire informazioni sulla fluidodinamica dei disturbi patologici delle corde vocali.

Può essere applicato anche ad altri sistemi come il flusso sanguigno e le arterie stenosi, la gestione delle dune di sabbia costiere, il flusso secondario e gli scambiatori di calore e le applicazioni di energia eolica. In generale, le persone che non conoscono questo metodo possono avere difficoltà a determinare la miscela a base di olio corretta per le loro specifiche condizioni di test. Per creare il polipo della corda vocale del modello, inizia costruendo un polipo tridimensionale assistito da computer o un modello CAD.

Come emisfero prolato, aggiungere una base quadrata alla base del polipo della corda vocale del modello da utilizzare per ancorare il modello al pavimento della sezione di prova. Esporta il modello CAD 3D come file stereolitografico o STL. Scegli una risoluzione di almeno 600 punti per pollice per garantire una superficie liscia sul polipo del modello.

Carica il file STL nel software appropriato e stampalo utilizzando una stampante 3D ad alta risoluzione o un prototipatore rapido. Con una risoluzione dello strato costruito di almeno 20 micrometri, il polipo è ora pronto per essere montato nella galleria del vento. La sezione di prova della galleria del vento ha una piastra inferiore rimovibile con un foro quadrato situato lungo la linea centrale della campata e nella posizione a valle desiderata.

Il foro viene utilizzato per il montaggio del polipo della corda vocale del modello. Per prepararsi ai test del flusso dell'olio, coprire la superficie interna della sezione di prova della galleria del vento con carta adesiva bianca. Posizionare con cura la carta adesiva per assicurarsi che non vi siano pieghe o protuberanze dovute a bolle d'aria.

Praticare un foro nella carta adesiva sopra il foro quadrato nel pavimento della sezione di prova. Quindi riposizionare la piastra inferiore rimovibile nella sezione di prova. Ora inserisci il polipo del modello nella posizione di ancoraggio.

Per prepararsi al test utilizzando una telecamera ad alta risoluzione montata sopra la sezione di test della galleria del vento, mettere a fuoco la telecamera in modo che il campo visivo includa il polipo del modello e l'area circostante della sezione di test. Impostare la fotocamera per acquisire immagini o video. Preparare la miscela di olio per la visualizzazione del flusso combinando il toner per fotocopie dell'olio per bambini, la polvere e il cherosene in un rapporto di sette a uno a due in volume.

Mescolare l'olio per bambini e la polvere di toner in un contenitore e mescolare per alcuni secondi fino a quando il toner non si sarà completamente sciolto. Quindi aggiungere il cherosene e mescolare. Trasferire bene la miscela in un flacone spray per una facile applicazione sulla superficie della sezione di prova.

Prima di applicare la miscela di olio, pulire la superficie della sezione di prova con acqua e asciugarla con un tovagliolo di carta. Quindi lasciarlo asciugare all'aria per qualche minuto. Utilizzare il flacone spray riempito con la miscela di olio per spruzzare uno strato sottile e uniforme di fluido sull'area che circonda il polipo della corda vocale del modello.

Uno strato sottile e uniforme di miscela di olio è importante per produrre un olio adeguato. Le immagini di visualizzazione del film avviano l'acquisizione dell'immagine o del video sulla telecamera. L'acquisizione della telecamera viene avviata prima dell'accensione della galleria del vento.

Per catturare il movimento transitorio iniziale della miscela di olio, accendere la galleria del vento di aspirazione alla velocità desiderata. La miscela di olio inizierà a fluire lungo la superficie della sezione di prova. Una volta che la miscela di olio smette di fluire e raggiunge uno stato stazionario come mostrato dai modelli stazionari, o quando è trascorso il tempo desiderato, interrompere la registrazione della telecamera e spegnere la galleria del vento per aggiungere pressione statica.

Batte sulla superficie del pavimento della sezione di prova. Inizia dalla linea mediana della posizione di ancoraggio del polipo del modello e pratica dei fori nella piastra rimovibile per creare un motivo a griglia che si estende su otto punti di 89 centimetri di larghezza e 22 punti 86 centimetri a valle. Quindi montare le tabulazioni in acciaio inossidabile nei fori che circondano il polipo del modello nella configurazione desiderata.

Le tribolazioni hanno un rigonfiamento su un'estremità per il fissaggio di tubi flessibili e sono diritte sull'altra estremità per il montaggio. Se montate correttamente, le tribolazioni vengono lavate con il pavimento della sezione di prova. Quindi, collegare brevi pezzi di tubo flessibile in cloruro di polivinile trasparente per collegare le tabulazioni in acciaio inossidabile montate alle porte di misurazione del trasduttore di pressione a scansione.

Il trasduttore di pressione a scansione ha 16 porte di pressione. Iniziare l'acquisizione dei dati della pressione superficiale collegando il trasduttore di pressione a scansione a un computer e configurando i parametri di acquisizione utilizzando il software del trasduttore di pressione a scansione. Impostare il software di acquisizione per acquisire i dati a 500 hertz per la durata desiderata dell'acquisizione dei dati.

Quindi, impostare la galleria del vento di aspirazione alla velocità desiderata. Ora inizia l'acquisizione della misurazione della pressione. Le misure di pressione possono essere acquisite contemporaneamente a qualsiasi tecnica diagnostica del flusso desiderata.

Ad esempio, il laser PIV, la simmetria della vela doppler e l'anemometria a filo caldo. Il polipo modello è stato testato in condizioni di flusso costante con un numero di Reynolds di 9.000. La linea di separazione primaria a monte viene visualizzata come la linea scura a monte del polipo.

Vicino alla scia del polipo ci sono due nodi di concentrazione di vorticità, che sono i punti di attacco per due tubi vortici controrotanti che formano le gambe del vortice a forcina a valle. Di seguito è mostrata un'immagine di visualizzazione del flusso d'olio per un polipo modello in flusso incrociato con un numero di Reynolds di 9.000. Le linee scure che si estendono a valle dai lati del polipo, che rappresentano i limiti esterni della scia, convergono fino al punto di attacco dovuto al vortice di ricircolo dietro l'oggetto.

I risultati della visualizzazione del flusso d'olio per le condizioni di flusso stazionario confermano la formazione di un sistema di vortici a ferro di cavallo a monte del polipo del modello e di vortici a forcina a valle del polipo. Di seguito sono riportate le misure di pressione a monte e a valle durante un singolo ciclo oscillatorio. La linea rossa situata nella posizione numero tre indica il sito della pressione più bassa nella regione di riflusso direttamente a valle del polipo.

È stato riscontrato che i valori dei singoli trasduttori di pressione cambiano durante il ciclo e la differenza di pressione tra le posizioni dei trasduttori variava in funzione della posizione del ciclo e quindi della velocità media mostrata. Ecco uno studio correlato che utilizza corde vocali guidate da modello e un polipo di corde vocali montato a parete. La direzione del flusso del fluido è fuori dallo schermo.

Le frecce colorate mostrano i grafici vettoriali dell'ampiezza della velocità quando le corde vocali iniziano ad aprirsi. Si forma un canale convergente e si sviluppa un gradiente di pressione favorevole. Il flusso passa sopra il polipo ed è diretto verso la linea mediana.

Quando la glottide raggiunge la sua larghezza massima e assume una configurazione parallela, si formano due vortici controrotanti in senso di corrente. Quando le corde vocali si chiudono, il flusso viene forzato attorno al polipo e lontano dalla linea mediana anteriore posteriore Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in pochi minuti se eseguita correttamente. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come acquisire i dati di visualizzazione del flusso di petrolio, che possono essere utilizzati per identificare le regioni di alta e bassa velocità delle linee di attrito della pelle e per costruire mappe topologiche di flussi tridimensionali complessi.