Name: Metodi per misurare lorientamento e rotazione Tasso di particelle in turbolenza 3D-stampati (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-06-24T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 34 s
Description: Scopri come misurare l'orientamento e la rotazione di particelle anisotrope in flussi turbolenti utilizzando la stampa 3D e l'imaging video stereoscopico. Questo metodo computazionale fornisce misurazioni precise della dinamica delle particelle.

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Ringraziamo Susantha Wijesinghe che ha progettato e costruito il sistema di compressione delle immagini che usiamo. Noi riconosciamo il sostegno della NSF concessione DMR-1.208.990.

<ol><li>Marcus, G., Parsa, S., Kramel, S., Ni, R., Voth, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurements+of+the+Solid-body+Rotation+of+Anisotropic+Particles+in+3D+Turbulence%5BTitle%5D)+AND+%22New+J.+Phys%22%5BJournal%5D)">Measurements of the Solid-body Rotation of Anisotropic Particles in 3D Turbulence.</a> New J. Phys. 16, 102001(2014).</li>
<li>Bretherton, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+motion+of+rigid+particles+in+a+shear+flow+at+low+Reynolds+number%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">The motion of rigid particles in a shear flow at low Reynolds number.</a> J. Fluid Mech. 14 (02), 284-304 (1962).</li>
<li>Oullette, N., Xu, H., Bodenschatz, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+quantitative+study+of+three-dimensional+Lagrangian+particle+tracking+algorithms%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+in+Fluids%22%5BJournal%5D)">A quantitative study of three-dimensional Lagrangian particle tracking algorithms.</a> Exp. in Fluids. 40 (2), 301-313 (2006).</li>
<li>Open Source Particle Tracking Velocimetry. , Open PTV Consortium. Available from:
 <a target="_blank" href="www.openptv.net">www.openptv.net</a> (2014).</li>
<li>Parsa, S., Calzavarini, E., Toschi, F., Voth, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rotation+Rate+of+Rods+in+Turbulent+Fluid%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Rotation Rate of Rods in Turbulent Fluid.</a> Phys. Rev. Lett. 109 (13), 134501(2012).</li>
<li>Parsa, S., Voth, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inertial+Range+Scaling+in+Rotations+of+Long+Rods+in+Turbulence%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Inertial Range Scaling in Rotations of Long Rods in Turbulence.</a> Phys. Rev. Lett. 112 (2), 024501(2014).</li>
<li>Tsai, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+versatile+camera+calibration+technique+for+high-accuracy+3d+machine+vision+metrology+using+off-the-shelf+tv+cameras+and+lenses%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Journal+of+Robotics+and+Automation%22%5BJournal%5D)">A versatile camera calibration technique for high-accuracy 3d machine vision metrology using off-the-shelf tv cameras and lenses.</a> IEEE Journal of Robotics and Automation. 3 (4), 323-344 (1987).</li>
<li>Blum, D., Kunwar, S., Johnson, J., Voth, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+nonuniversal+large+scales+on+conditional+structure+functions+in+turbulence%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Fluids%22%5BJournal%5D)">Effects of nonuniversal large scales on conditional structure functions in turbulence.</a> Phys. Fluids. 22 (1), 015107(2010).</li>
<li>Mann, J., Ott, S., Andersen, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+study+of+relative%2C+turbulent+diffusion%5BTitle%5D)+AND+%22RISO+Internal+Report%22%5BJournal%5D)">Experimental study of relative, turbulent diffusion.</a> RISO Internal Report. , R-1036 (1999).</li>
<li>Chan, K., Stich, D., Voth, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+image+compression+for+high-speed+particle+tracking%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Real-time image compression for high-speed particle tracking.</a> Rev. Sci. Instrum. 78 (2), 023704(2007).</li>
<li>Goldstein, H., Poole, C., Safko, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGoldstein%2C+H+%22Classical+Mechanics%2C+3rd+Edition%22">Classical Mechanics, 3rd Edition</a>. , Addison-Wesley Publishing Company. 134-180 (2002).</li>
<li>Parsa, S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Rotational+dynamics+of+rod+particles+in+fluid+flows%22">Rotational dynamics of rod particles in fluid flows</a>. , Wesleyan University. Ph.D. Thesis (2013).</li>
<li>Wijesinghe, S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Measurement+of+the+effects+of+large+scale+anisotropy+on+the+small+scales+of+turbulence%22">Measurement of the effects of large scale anisotropy on the small scales of turbulence</a>. , Wesleyan University. Ph.D. Thesis (2012).</li>
<li>Wallace, J., Foss, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Measurement+of+Vorticity+in+Turbulent+Flows%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">The Measurement of Vorticity in Turbulent Flows.</a> Annu. Rev. Fluid Mech. 27, 469-514 (1995).</li>
<li>Su, L., Dahm, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scalar+imaging+velocimetry+measurements+of+the+velocity+gradient+tensor+field+in+turbulent+flows.+I.+Assessment+of+errors%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Fluids%22%5BJournal%5D)">Scalar imaging velocimetry measurements of the velocity gradient tensor field in turbulent flows. I. Assessment of errors.</a> Phys. Fluids. 8, 1869-1882 (1996).</li>
<li>Lüthi, B., Tsinober, A., Kinzelbach, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lagrangian+measurement+of+vorticity+dynamics+in+turbulent+flow%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Lagrangian measurement of vorticity dynamics in turbulent flow.</a> J. Fluid Mech. 528, 87-118 (2005).</li>
<li>Frish, M., Webb, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+measurement+of+vorticity+by+optical+probe%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Direct measurement of vorticity by optical probe.</a> J. Fluid Mech. 107, 173-200 (1981).</li>
<li>Zimmerman, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tracking+the+dynamics+of+translation+and+absolute+orientation+of+a+sphere+in+a+turbulent+flow%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Tracking the dynamics of translation and absolute orientation of a sphere in a turbulent flow.</a> Rev. Sci. Instrum. 82 (3), 033906(2011).</li>
<li>Zimmerman, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rotational+Intermittency+and+Turbulence+Induced+Lift+Experienced+by+Large+Particles+in+a+Turbulent+Flow%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Rotational Intermittency and Turbulence Induced Lift Experienced by Large Particles in a Turbulent Flow.</a> Phys. Rev. Lett. 106 (15), 154501(2011).</li>
<li>Klein, S., Gibert, M. athieu, Bérut, A., Bodenschatz, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+3D+measurement+of+the+translation+and+rotation+of+finite-size+particles+and+the+flow+field+in+a+fully+developed+turbulent+water+flow%5BTitle%5D)+AND+%22Meas.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Simultaneous 3D measurement of the translation and rotation of finite-size particles and the flow field in a fully developed turbulent water flow.</a> Meas. Sci. Technol. 24 (2), 1-10 (2013).</li>
<li>Bellani, G., Byron, M., Collignon, A., Meyer, C., Variano, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shape+effects+on+turbulent+modulation+by+large+nearly+neutrally+buoyant+particles%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Shape effects on turbulent modulation by large nearly neutrally buoyant particles.</a> J. Fluid Mech. 712, 41-60 (2012).</li>
</ol>

Gli autori non hanno concorrenti interessi finanziari di rivelare.

Misurazioni della vorticità e la rotazione delle particelle nel flusso di fluido turbolento sono da tempo riconosciuti come importanti obiettivi in ​​meccanica dei fluidi sperimentali. La rotazione solido-corpo di piccole sfere in turbolenza è pari alla metà della vorticità fluido, ma la simmetria rotazionale di sfere ha misurazione diretta della loro rotazione solid-body difficile. Tradizionalmente, la vorticità fluido è stato misurato utilizzando complesse, multi-sensore, a filo caldo sonde 14. Ma questi se...

In una recente pubblicazione, abbiamo introdotto l&#39;uso di particelle costituite da più braccia sottili per misurare il movimento rotatorio delle particelle in turbolenza 1. Queste particelle possono essere fabbricati utilizzando stampanti 3D, ed è possibile misurare con precisione la loro posizione, l&#39;orientamento e la velocità di rotazione con più telecamere. Utilizzando strumenti dalla teoria corpo snello, si può dimostrare che queste particelle hanno corrispondente ellissoidi efficaci 2, ed i moti rotatori di queste particelle sono identiche a quelle dei rispettivi ellissoidi efficaci. Le particelle con le braccia simmetriche di uguale lunghezza ruotano come sfere. Una tale particella è un martinetto, che ha tre bracci reciprocamente perpendicolari allegate al suo centro. Regolazione delle relative lunghezze dei bracci di presa può formare una particella equivalente a qualsiasi ellissoide triassiale. Se la lunghezza di un braccio viene impostato uguale a zero, questo crea una croce, il cui ellissoide equivalente è un disco. Le particelle fatte di sottilibraccia occupano una piccola frazione del solido volume delle loro controparti solide ellissoidali. Di conseguenza, si sedimentano più lentamente, rendendoli più facili da partita densità. Ciò consente lo studio delle particelle molto più grande è conveniente con particelle ellissoidali solide. Inoltre, l&#39;imaging può essere eseguita in concentrazioni di particelle molto più elevate perché le particelle bloccano una frazione più piccola della luce da altre particelle. In questo lavoro, i metodi per la fabbricazione e il monitoraggio di particelle 3D-stampati sono documentate. Strumenti per il monitoraggio del movimento di traslazione di particelle sferiche da posizioni delle particelle come si è visto da più telecamere sono stati sviluppati da diversi gruppi 3,4. Parsa et al. 5 esteso questo approccio per monitorare aste utilizzando la posizione e l&#39;orientamento delle barre visti da più telecamere. Qui, presentiamo i metodi per fabbricare particelle di un&#39;ampia varietà di forme e ricostruire il loro orientamento 3D. Questo offre the possibilità di estendere tracking 3D di particelle con forme complesse ad una vasta gamma di nuove applicazioni. Questa tecnica ha un grande potenziale per un ulteriore sviluppo a causa della vasta gamma di forme di particelle che possono essere progettati. Molte di queste forme hanno applicazioni dirette dei flussi ambientali, dove plancton, semi e cristalli di ghiaccio sono disponibili in una vasta gamma di forme. Le connessioni tra le rotazioni di particelle e le proprietà fondamentali su piccola scala di flussi turbolenti 6 suggeriscono che lo studio delle rotazioni di queste particelle fornisce nuovi modi di guardare il processo a cascata turbolenta.

<table><tbody><tr><td>Condor Nd:YAG 50 W laser</td><td>Quantronics</td><td>532-30-M</td><td></td></tr><tr><td>Telecamera ad alta velocità</td><td>Basler</td><td>A504k</td><td></td></tr><tr><td>Telecamera ad alta velocità</td><td>Mikrotron</td><td>EoSens Mc1362</td><td></td></tr><tr><td>Rhodamine-B</td><td>ScienceLab.com</td><td>SLR1465</td><td></td></tr><tr><td>Sodium Hydroxide</td><td>Macron</td><td>7708</td><td>Pellets.</td></tr><tr><td>500 Stampante 3D Connex</td><td>Objet</td><td></td><td>Utilizzato per creare particelle più piccole. Particelle ordinate da RP+M (prototipazione rapida più produzione).</td></tr><tr>Materiale di costruzione <td>VeroClear</td><td>Stratasys</td><td>RGD810</td><td>Objet.</td></tr><tr><td>Resina fotopolimerica Clear Form 1</td><td>Formlabs</td> Lenti <td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>cilindriche e sferiche</td></tr><tr>Obiettivi <td></td><td></td><td>per fotocamere macro da 200 mm</td><td>con attacco F.</td></tr><tr><td>Bagno ad ultrasuoni</td><td>Sonicatore</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cloruro di calcio</td><td>Spettro chimico Mfg. Corp.</td><td>CAS 10043-52-2</td><td>Pellet.</td></tr><tr><td>National</td><td>Instruments</td><td></td><td>Utilizzato per attivare telecamere, griglia di controllo e laser di trigger.</td></tr><tr><td>Software XCAP</td><td>EPIX</td><td></td><td>Utilizzato con LabVIEW per attivare le telecamere.</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>Mathworks</td><td></td><td>Utilizzato per l'analisi di immagini e dati. I programmi per l'estrazione di orientamenti 3D da più immagini sono inclusi in questa pubblicazione.</td></tr><tr><td>OpenPTV: Open Source Particle Tracking Velocimetry</td><td>OpenPTV Consortium</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ParaView</td><td>Kitware</td><td></td><td></td></tr><tr><td>AutoCAD</td><td>AutoDesk</td><td></td><td>Utilizzato per progettare tutte le particelle. Gli screenshot dei progetti di particelle sono tutti di AutoCAD.</td></tr><tr><td>Mesh con fori da 0,040 x 0,053 pollici</td><td>Rete industriale</td><td>XN5170 43.5</td><td></td></tr><tr><td>Filtri per telecamere</td>, <td>Schneider Optics</td><td>B+W 040M</td><td></td></tr></tbody></table>

metodi per misurare l&#39;orientamento e rotazione tasso di particelle in turbolenza 3d-stampati

Methods for Measuring the Orientation and Rotation Rate of 3D-printed Particles in Turbulence

Metodi sperimentali sono presentati per misurare il moto rotatorio e traslatorio di particelle anisotrope in flussi di fluidi turbolenti. tecnologia di stampa 3D è usato per fabbricare le particelle con le braccia esili collegati ad un centro comune. Forme esplorati sono croci (due aste perpendicolari), jack (tre aste perpendicolari), triadi (tre aste in triangolare simmetria planare), e tetradi (quattro armi nella simmetria tetraedrica). Metodi per la produzione dell&#39;ordine di 10.000 particelle fluorescenti tinti sono descritti. Misure di tempo-risolta del loro orientamento e la velocità di rotazione solid-body sono ottenuti da quattro video sincronizzati del loro moto in un flusso turbolento tra oscillante griglie con R λ = 91. In questo relativamente basso-Reynolds flusso numero, le particelle sono abbastanza piccole convogliati che approssimano particelle traccianti ellissoidali. Presentiamo risultati delle traiettorie 3D risolte nel tempo di posizione e orientamento delle particellecosì come le misure delle loro velocità di rotazione.

La figura 3a mostra l&#39;immagine di un tetrad da una delle nostre telecamere sopra una trama di angoli di Eulero ottenuto da una sezione della sua traiettoria (figura 3c). In figura 3b, i risultati dell&#39;algoritmo orientamento conoscitiva, descritto protocollo 5 - 5.3, vengono sovrapposte l&#39;immagine tetrade on. I bracci della tetrade in Figura 3a non seguono le semplici distribuzioni di intensità che vengono uti...

Utilizziamo la stampa 3D per fabbricare particelle anisotrope a forma di martinetti, croci, tetradi e triadi, i cui allineamenti e rotazioni nel flusso turbolento di fluidi possono essere misurati da più immagini video simultanee.

Metodi per misurare l&#39;orientamento e rotazione Tasso di particelle in turbolenza 3D-stampati

Experimental methods are presented for measuring the rotational and translational motion of anisotropic particles in turbulent fluid flows. 3D printing ...

L'obiettivo generale di questo esperimento è utilizzare la stampante 3D per fabbricare particelle di svariate forme e misurare il loro moto in un flusso turbolento. Questo metodo può contribuire a rispondere a domande fondamentali nella dinamica dei fluidi, come ad esempio come le particelle ruotano e si allineano nei flussi fluidi turbolenti. Il suo principale vantaggio consiste nella possibilità di effettuare misurazioni temporali precise e risolte nel tempo delle orientazioni di particelle con forme complesse, che non sarebbero state ottenibili con metodi precedenti.Questo metodo ha permesso di ottenere informazioni sul moto di dischi e sfere in condizioni di turbolenza, e può essere utilizzato per misurare la dinamica di particelle con forme complesse in molte altre situazioni. In generale, coloro che si avvicinano per la prima volta a questo metodo incontreranno difficoltà nella calibrazione della telecamera 3D e nell'adattamento dell'algoritmo di rilevamento dell'orientamento alle particelle specifiche utilizzate. A illustrare la procedura sarà Guy Marcus, che ha eseguito gli esperimenti originali con croci e jacks.Iniziare utilizzando un software di progettazione assistita dal computer per creare modelli di particelle da stampare. Per creare una triade utilizzando AutoCAD, utilizzare prima il comando cerchio per disegnare un cerchio con un diametro di 0,3 millimetri. Successivamente, utilizzare il comando estrudi per realizzare un cilindro lungo tre millimetri.Cilindri di queste dimensioni costituiscono i mattoni costitutivi delle particelle. Utilizzare ora il comando di rotazione e selezionare l'asse di rotazione lungo l'asse X, con un angolo di rotazione di 90 gradi. Regolare la vista per lasciare spazio sufficiente per lavorare con altri cilindri.Successivamente, crea una copia del cilindro che formerà il secondo braccio della triade. All'estremità di questo cilindro, applica il comando di rotazione 3D con l'asse di rotazione lungo l'asse Z. Ruota il cilindro di 120 gradi per la triade.Spostare il cilindro ruotato in posizione in modo da formare un braccio del triade. I centri delle estremità del cilindro devono coincidere. Realizzare e posizionare il terzo braccio nello stesso modo.Quindi, ruotare l'oggetto in modo che nessun cilindro sia allineato lungo l'asse verticale o orizzontale. Quando tutti i bracci sono in posizione, selezionarli tutti e utilizzare il comando di unione per unirli in un singolo oggetto. Salvare il file in un formato adatto alla stampa 3D.Creare le altre particelle da utilizzare nell'esperimento seguendo passaggi simili. Oltre alla triade, esistono la croce composta da due cilindri ortogonali con un centro comune, il jack composto da tre cilindri mutuamente ortogonali con un centro comune, e la tetrad in cui i cilindri condividono un'estremità comune e sono disposti a angoli di 109,5 gradi l'uno rispetto all'altro. Far stampare circa 10.000 unità per ciascun tipo di particella in modalità ad alta risoluzione.Prepararsi a conservare le particelle stampate in una soluzione in cui siano galleggianti in modo neutro. A tale scopo, utilizzare una soluzione di cloruro di calcio e circa 1.600 litri di acqua alla densità di galleggiamento neutro. Rimuovere circa un litro della soluzione per conservare ciascun tipo di particella.Portare il litro di soluzione sul banco e iniziare a lavorare con le particelle. Le particelle utilizzate in questo esperimento sono state prodotte industrialmente. Arrivano incapsulate in una resina utilizzata come materiale di supporto.Liberare le particelle spezzando delicatamente le parti grandi in sezioni più piccole. Lavorare su ciascuna sezione massaggiandola manualmente finché non si stacchi gran parte della resina in eccesso. Questo renderà più semplici i passaggi successivi.Per pulire ulteriormente le particelle, preparare una soluzione al 10% in massa di idrossido di sodio in un becher. Successivamente, inserire alcune particelle e i residui della loro incamiciatura in resina nel becher per rimuovere la resina. Posizionare il becher con la soluzione in un bagno ad ultrasuoni.Mantenere le particelle nel bagno ultrasonico per un'ora inizialmente, quindi per altri trenta minuti dopo il risciacquo. Per recuperare le particelle, preparare un secondo becher per raccogliere la soluzione di idrossido di sodio proveniente dal bagno e un filtro. Al termine dei passaggi di pulizia ad ultrasuoni, utilizzare i guanti per rimuovere il becher dal bagno e versare il contenuto attraverso il filtro nel secondo becher.Risciacquare le particelle prima di trasferirle nella soluzione con densità abbinata in cui verranno immerse per prevenire deformazioni. Queste sono particelle che sono state separate dalla loro resina, pulite nel bagno ad ultrasuoni e ora sono pronte per essere colorate in modo da fluorescere alla luce del laser verde. Per colorare le particelle, utilizzare una soluzione di un litro di colorante Rodamina-B in acqua e posizionarla su un piastra riscaldante.Riscaldare il colorante a 80 gradi Celsius per il materiale di questa particella. Riempire leggermente un contenitore piccolo con particelle provenienti dallo stoccaggio. Si tratterà di circa 2.500 particelle.Aggiungere le particelle alla soluzione colorante e mantenere la temperatura durante l'immersione. Dopo circa due o tre ore, rimuovere la soluzione e le particelle dal riscaldamento. Utilizzare un filtro a rete e un contenitore separato per separare le particelle dalla soluzione.Attenzione a non danneggiarli mentre sono morbidi a causa del calore. Successivamente, risciacquare attentamente le particelle per rimuovere il colorante in eccesso. Al termine, conservarle nella soluzione a galleggiamento neutro fino al momento in cui saranno necessarie per l'esperimento.L'esperimento si svolgerà in un serbatoio con telecamere posizionate per registrare le particelle al centro del flusso. Questo schema fornisce una panoramica della configurazione del serbatoio, che presenta una sezione trasversale ottagonale, griglie oscillanti utilizzate per generare un flusso turbolento, il volume di misura e le posizioni delle telecamere. Utilizzare un minimo di quattro telecamere per garantire l'accuratezza nella misurazione dell'orientamento.Ogni fotocamera dovrebbe avere una risoluzione di almeno un megapixel a 450 fotogrammi al secondo ed essere collegata a un computer dedicato. Posizionare le fotocamere con angoli ampi tra ciascuna di esse e assicurarsi che tutte siano focalizzate sul volume di misura desiderato. Per ridurre al minimo la distorsione ottica, nel serbatoio vengono inseriti dei portelli di osservazione perpendicolari alla direzione di visione delle fotocamere.Successivamente, posizionare una maschera di calibrazione dell'immagine nel volume di misura della vasca. Questo consentirà l'analisi dei dati sperimentali raccolti dalle telecamere. Per simulare le condizioni sperimentali, iniziare a riempire la vasca con la soluzione a galleggiamento neutro.Quando il serbatoio è pieno, posizionare le luci per illuminare la maschera. Successivamente, tornare a lavorare con le telecamere. Mettere a fuoco ciascuna telecamera sullo stesso punto della maschera, quindi acquisire e memorizzare le immagini per la calibrazione.Dopo aver svuotato il serbatoio, continuare a preparare l'esperimento posizionando un laser a granato di ittrio e neodimio. Disporre un divisore del fascio in modo da indirizzare parte del fascio laser verso uno specchio. La luce proveniente dallo specchio passa attraverso lenti che formano un fascio cilindrico ed entra nel serbatoio.All'altro lato del serbatoio, posizionare uno specchio per riflettere la luce laser in uscita riportandola lungo il percorso originale. Utilizzare l'altro fascio proveniente dal divisore di traiettoria e una disposizione simile di specchi e lenti per creare un fascio di forma cilindrica perpendicolare al primo, come mostrato nello schema in vista dall'alto. Gli specchi in corrispondenza dei quali i fasci escono contribuiscono a creare un'illuminazione più uniforme.Quindi, ispezionare il serbatoio riempito con soluzione neutra di cloruro di calcio a galleggiamento neutro disgassata. Prima di procedere, assicurarsi che le telecamere e il software di acquisizione dati siano pronti. Prepararsi ad aggiungere al serbatoio le circa 10.000 tetradi preparate per questo esperimento.Spostarli in posizione vicino all'apertura nella parte superiore del serbatoio. Quando pronto, aprire l'apertura e aggiungere le particelle all'acqua nel serbatoio. Chiudere l'apertura una volta aggiunte tutte le particelle.Successivamente, passare al laser. Accenderlo e aprire il diaframma del laser. Quindi utilizzare i controlli della griglia per avviare l'oscillazione della griglia a tre hertz.Nel serbatoio, lasciare oscillare la griglia per circa un minuto per permettere allo sviluppo completo della turbolenza. A quel punto, iniziare l'acquisizione dei dati e registrare circa un milione di fotogrammi. Al termine della prova, interrompere la raccolta dei dati e chiudere l'apertura del laser.Dopo aver eseguito tutti gli esperimenti, spostarsi all'uscita della vasca. In questo punto, posizionare un filtro per rimuovere le particelle dalla soluzione e svuotare la vasca. Conservare le particelle raccolte nella soluzione a galleggiamento neutro per un uso successivo.Eseguire l'analisi dei dati sulle immagini registrate utilizzando un software per determinare la posizione e l'orientamento della particella. I seguenti passaggi vengono implementati nel software. A partire da quattro immagini sincrone di una particella acquisite dalle quattro telecamere, utilizzare le informazioni bidimensionali per determinarne la posizione tridimensionale.Proiettare un modello numerico tridimensionale della particella illuminata su ciascuna telecamera utilizzando i parametri di calibrazione della telecamera. Questo crea un modello bidimensionale dell'intensità luminosa proveniente dalla particella su tutte e quattro le telecamere. Successivamente, eseguire una procedura di adattamento non lineare ai minimi quadrati per trovare l'orientamento del modello che meglio si adatta a quanto osservato su tutte e quattro le telecamere.Combina le informazioni provenienti da tutte e quattro le telecamere per minimizzare la differenza tra il modello proiettato su ciascuna telecamera e la particella osservata. Questi passaggi verranno eseguiti per tutti i fotogrammi in cui sono presenti particelle visibili a tutte le telecamere. Questo rappresenta l'evoluzione di una tetrad in posizione e orientamento.Si noti il cambiamento discontinuo nell'orientamento dei bracci della tetrade, che è possibile in assenza di protezioni. Questa seconda versione dell'evoluzione della tetrade mostra che il software garantisce che gli angoli dell'oliatore per ogni fotogramma siano la rotazione minima rispetto al fotogramma precedente. Le informazioni relative alla posizione e all'orientamento vengono salvate per un uso successivo.Questa è un'immagine di una tetrade nell'esperimento. Nella seconda immagine, il modello sovrapposto indica l'orientamento determinato dall'algoritmo. Nonostante la semplicità del modello di intensità bidimensionale, il metodo produce misurazioni accurate dell'orientamento delle particelle.Nell'esperimento, l'algoritmo di rilevamento dell'orientamento viene utilizzato per ottenere l'evoluzione degli angoli dell'oiler lungo l'intera traiettoria di ogni particella. Si tratta di una ricostruzione della traiettoria completa di un tetraedro attraverso il volume osservato. Questo risultato si ottiene combinando l'orientamento e le coordinate tridimensionali della particella per ciascun fotogramma in cui essa è visibile da tutte e quattro le telecamere.La lunghezza della traccia è di 229 fotogrammi. Si noti che la particella non è rappresentata in scala. I dati consentono inoltre di determinare la funzione di densità di probabilità del tasso di ribaltamento misurato.I quadrati rossi rappresentano i dati per le croci. I cerchi blu rappresentano i dati per i giunti a croce. La linea continua mostra il risultato della simulazione numerica di sfere, che corrisponde molto bene ai dati sperimentali.Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in tre giorni se effettuata correttamente. Durante il tentativo di questa procedura, è importante lasciare le particelle per alcune ore nelle soluzioni di diverse densità. È inoltre essenziale assicurarsi che le telecamere siano correttamente allineate, fissate e sincronizzate per tutta la durata dell'esperimento.Al termine di questa procedura, altri metodi come il tracciamento di particelle marcatrici possono essere utilizzati per misurare come le particelle stampate in 3D rispondono al tensore completo del gradiente di velocità nel flusso circostante. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come utilizzare particelle anisotrope per estrarre informazioni sul tensore del gradiente di velocità da un flusso turbolento, impiegando quattro immagini video stereoscopiche. Non dimenticare che lavorare con il colorante Rodamina-B e l'idrossido di sodio può essere pericoloso, e si dovrebbero sempre adottare precauzioni come l'uso di guanti e occhiali protettivi durante l'esecuzione di questa procedura.

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Un sistema tridimensionale di monitoraggio di particelle velocimetry (3D-PTV) sulla base di una telecamera ad alta velocità con uno splitter a quattro vista è descritta qui. La tecnica è applicata a un flusso del getto da un tubo circolare in prossimità di dieci diametri valle al numero di Reynolds Re ≈ 7,000.

Tridimensionale Velocimetry monitoraggio di particelle per applicazioni Turbulence: caso di flusso Jet

Vengono presentati due metodi diversi per caratterizzare il moto della particella incipiente di una singola perlina in funzione della geometria del letto di sedimenti da laminare a flusso turbolento.

Visivamente basato caratterizzazione del moto delle particelle incipiente in substrati regolare: da laminare a condizioni turbolente

La tecnica descritta nel presente documento offre un metodo relativamente semplice e basso costo per misurare simultaneamente la cinematica delle particelle e turbolenza dei flussi con concentrazioni di particelle basso. La turbolenza è misurata usando particle image velocimetry (PIV) e cinematica delle particelle sono calcolati dalle immagini ottenute con una fotocamera ad alta velocità in un campo di vista sovrapposto.

Misura simultanea di turbolenza e la cinematica delle particelle utilizzando tecniche di formazione immagine di flusso

Questo protocollo dimostra la capacità di utilizzare la stampa a getto d'inchiostro reattiva per stampare micro-agitatori biocompatibili e rispettosi dell'ambiente per l'uso in applicazioni biomediche e ambientali.

Stampa a getto d'inchiostro reattiva e analisi di propulsione di micro-agitatori semoventi a base di seta

Questo protocollo presenta un metodo per analizzare l'emissione delle penne da stampa 3D. Viene misurata la concentrazione di particelle e la distribuzione granulometria della particella rilasciata. Le particelle rilasciate vengono ulteriormente analizzate con la microscopia elettronica a trasmissione (TEM). Il contenuto di metallo nei filamenti è quantificato dalla spettrometria di massa plasmatica accoppiata induttivamente (ICP-MS).

Stampa 3D - Valutazione delle emissioni di particelle di una penna da stampa 3D

Abbiamo usato maggiore plasma deposizione di vapore chimico per depositare pellicole sottili che variano da pochi nm a 100 nm su diverse particelle nanodimensionate di vari materiali. Abbiamo successivamente etch del materiale del nucleo per produrre nanoshells cave cui permeabilità è controllata dallo spessore del guscio. Abbiamo caratterizzano la permeabilità di questi rivestimenti piccoli soluti e dimostrano che queste barriere possono fornire un rilascio prolungato del materiale del nucleo...

Caratteristiche di incapsulamento e di permeabilità di plasma particelle polimerizzate Hollow

Questo documento dimostra la procedura sperimentale per misurare le velocità di sedimentazione terminale delle particelle sferiche nei fluidi viscoelastici diradanti a base di tensioattivi. I fluidi su un'ampia gamma di proprietà reologiche vengono preparati e le velocità di sedimentazione sono misurate per una gamma di dimensioni delle particelle in fluidi e fluidi illimitati tra pareti parallele.

Misurazione sperimentale della velocità di sedimentazione delle particelle sferiche in fluidi viscoelastici a base di tensioattivi non raffinati e confinati

dispositivi Acoustofluidic utilizzano onde ultrasoniche all'interno di canali microfluidica per manipolare, concentrato e isolare micro sospeso e le entità nanoscopiche. Questo protocollo è descritta la realizzazione e il funzionamento di un tale dispositivo di supporto bulk onde stazionarie acustiche concentrarsi particelle in un snellire centrale, senza l'ausilio di fluidi guaina.

Realizzazione e di funzionamento dei dispositivi che supportano Acoustofluidic Bulk onde acustiche piedi per guaina di messa a fuoco di particelle

Uno scanner per l'imaging particelle magnetiche nei campioni planari è stato sviluppato utilizzando la frequenza planare miscelazione tecnica di rilevamento magnetico. La risposta del prodotto di intermodulazione magnetico dal magnetizzazione nonhysteretic non lineare delle particelle viene registrato su una eccitazione a due frequenze. Può essere usato per prendere immagini 2D di campioni biologici sottili.

Frequenza di miscelazione Scanner rilevamento magnetico per l&#39;imaging particelle magnetiche in Planar Campioni

Questo articolo presenta un apparato impedenza-based per il rilevamento velocità di evaporazione delle soluzioni. Offre chiari vantaggi rispetto ad un approccio perdita di peso convenzionale: una risposta veloce, rilevamento ad alta sensibilità, un piccolo requisito campione, misurazioni di campioni multipli, e facile smontaggio per la pulizia e riutilizzo.

Una piattaforma basata su impedenza ad alte prestazioni per l&#39;evaporazione tasso di rilevamento

Scopri come misurare l'orientamento e la rotazione di particelle anisotrope in flussi turbolenti utilizzando la stampa 3D e l'imaging video stereoscopico. Questo metodo computazionale fornisce misurazioni precise della dinamica delle particelle.

Metodi per misurare l'orientamento e rotazione Tasso di particelle in turbolenza 3D-stampati

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