조밀한 가스 및 액체 분자 유체 프로세스를 공부에 대 한 아날로그 거시적인 기술

요약

조밀한 액체의 분자 유체 프로세스를 공부에 대 한 실험적으로 접근 가능한 아날로그 방식 제공 됩니다. 기술은 진동, 높은 회복 곡 식 더미의 입자 이미지 velocimetry를 사용 하 고 동적 프로세스 알려지고 강력 하 게 상호 작용, 높은 밀도 가스 및 액체에 예측의 직접적이 고 거시적인 관찰을 수 있습니다.

초록

조밀한 가스 및 액체 분자 규모 유체 프로세스를 공부 하는 아날로그, 거시적인 방법 설명 되어 있습니다. 기술을 적용 한 표준 유체 동적 진단, 입자 이미지 velocimetry (PIV)을 측정: i) 개별 입자 (곡물), 짧은, 곡물-충돌에 현존의 속도 시간 눈금, 모두 짧은 입자의 시스템의 속도 ii) 충돌-시간-및 긴, 연속체-흐름-시간-비늘, iii) 조밀한 분자 액체, 및 iv에 존재 하기 위하여 알려진 집단 유체역학 모드) 짧은-및 긴-시간-규모 속도 상관 함수, 중앙 입자 규모의 역학을 이해 하 강하게 상호 작용, 밀도 유체 시스템입니다. 기본 시스템 이미징 시스템, 광원, 진동 센서, 진동 시스템 알려진 미디어, 그리고 PIV 및 분석 소프트웨어로 구성 되어 있습니다. 필요한 실험 측정 및 아날로그 기술을 사용 하 여 분자 규모 유체 프로세스를 공부 하는 데 필요한 이론적 도구에 대 한 개요는 강조 표시 됩니다. 광자를 비교적 간단한 대안을 제공 하는 제안 된 기술 그리고 중성자 빔 분자 유체역학 연구에 전통적으로 사용 되는 분산 방법.

서론

유체역학 분자 역학과 개별 분자의 통계 역학과 유체 내 분자의 연구. 많은 실험 기법 중 분자 유체 시스템^1,2, 산란^1,2,3, 분자 동적 시뮬레이션^{4, 공부에 대 한 개발 5,,67} 그리고, 낮은 정도로 탄성이 중성자 산란⁸ 가장 일반적으로 사용 되었습니다. 불행히도, 중요 한 제한 후자의 두 가지 방법에 연결합니다. 예를 들면 분자 역동성 (MD) 시뮬레이션: i)는 작은 공간 및 시간 제한 상대적으로 적은 분자를 포함 하는 도메인 , ii) 사용 해야 대략적인 간 입자 잠재력의 iii) 일반적으로 정기적인 소개 경계 조건, 비 평형 대량 흐름 조건, 및 4에서 잘못 된) 현재, 수 없습니다, 어떻게 분자 규모 역학, 단일 분자 또는 분자의 컬렉션의 근본적인 질문에 대답, 영향을 받는, 그리고 부부 다시, 대량, 비 평형 유체 흐름. 중성자 산란과 관련 된 주요 제한 액세스 중성자 빔 소스 사용할 수 있는 제한 된 수의 어려움에 묶여 있습니다.

이 문서에서 제공 하는 아날로그 실험 기법에 대 한 컨텍스트를 제공, 우리는 간단한 조밀한 가스와 액체 상태의 유체에 적용 되는 산란 기술을 강조 표시 합니다. 전형적인 산란 실험에서 편광된 레이저 광선 정지 액체 샘플을 포함 하는 작은 심문 볼륨에 지시 된다. 샘플 내에서 분자에서 흩어져 빛 다음 일부 고정 각도로 입사 빔을 기준으로 검색 됩니다. 관심의 분자 동적 정권 따라 탐지 및 흩어져 빛 신호 분석은 라이트 필터링 또는 빛 감지 방법을 혼합을 통합 합니다. 필터링 기술, 보다 짧은 조정 시간에 액체 상태 분자 역학 조사는 베른 및 Pecora¹설명 된 대로 s, 후 비 산 간섭계 또는 회절 격자를 소개 하 고 스펙트럼 밀도의 가능 흩어져 빛. 느린 시간 스케일 역학에 대 한 사용 기술의 혼합 광 s, 대조적으로, 통합, 흩어져 신호의 스펙트럼 콘텐츠 측정된 흩어져 빛에서 추출 되는 포스트 scattering autocorrelator 또는 스펙트럼 분석기 강도입니다.

일반적으로, 레이저 프로브, 적어도 그는 스펙트럼의 보이는 범위에서 액체 상태 분자의 특성 간격 보다 훨씬 긴 파장을가지고. 이러한 상황에서 조사 빔 흥분 5 집단, 느린 시간 단위, 긴 파장 유체역학 모드^2,,910 (느린 특성 충돌 주파수 기준): 두 viscously 감쇠, 카운터 전파 하는 음파, 두 uncoupled, 순전히 방산 전단 모드 및 단일 방산 열 (엔트로피) 모드. 가로 방향으로 회전력 모드는 흥분 하는 동안 사운드 모드는 입사 빔 (세로) 방향으로 기쁘게 생각 합니다.

순수 실험 기법, 마음의 평형 및 비 평형 통계 역학, 분자의 거짓말 두 가지 근본적인 질문을 비 산 고려 액체 상태 시스템, 빛 및 중성자 산란 측정 넘어 유지 됩니다.
고전 뉴턴 역학 또는 양자 역학, 개별 액체 상태 분자의 무작위, 충돌 및 하위-collision-시간-스케일 역학에서 개 주 될 수 있다 1) 엄격한 인수^9,11 쇼는 일반화 된 Langevin 방정식 (GLE)의 형태입니다. GLE, 차례 차례로, 조밀한 가스 및 액체 분자의 비 평형 통계 역학의 연구에 중앙 이론적 도구를 구성 됩니다. 불행히도, 개별 (비 고분자) 분자의 역학 중 분산 기술에 의해 해결 될 수 없는, 거기 이므로 현재 직접적인 방법, MD 시뮬레이션 넘어 GLE의 유효성을 테스트 하려면.
2) 기본적인 가설 거시적인 연속체 유체 역학의 중심부에서 거짓말, 또한 미 분자 유체역학, posits 그에 길이 및 시간-눈금 분자 직경 및 충돌, 하지만 작은 연속체에 상대적으로 큰 길이 시간의 척도, 현지 열역학 평형 (LTE) 통용 한다. 연속 흐름 및 열 전송 모델에서 Navier-스톡 스 (NS) 방정식 같은 LTE 가정은 필요한⁹ 본질적으로 비 평형, 연속체 규모 흐름 및 에너지 전송 기능을 결합 하기 위하여-같은 점성 전단 응력 및 열 전도-엄격 하 게 평형 열역학 속성, 온도 내부 에너지 등. 마찬가지로, 미 추진력과 에너지 전송 됩니다 본질적으로 비 평형 과정, 결합된, 눈금 질량의 모양을 반영 하는 동안 이러한 미 프로세스의 기세, 및 에너지 전류, 모델 가정 하는 전류 LTE⁹에서 작은 물결을 나타냅니다. 다시, 우리의 지식의 최선을 LTE 가정의 직접 실험 테스트가 되었습니다. 특히, 그것은 아무 분자 유체역학 산란 실험 밀도, 이동, 비 평형 액체 흐름 내에서 시도 되어 나타납니다.

이 문서에서 우리는 거시적인, 단일 입자와 입자 집단 역학 표준 입자 이미징 Velocimetry (PIV)를 사용 하 여 측정 진동 곡 식 더미의 수 예측에 사용할 직접 하지, 아날로그 실험 기술 개요 해석 하 고 조밀한 가스 및 액체에서 단일 및 다중 molecule 유체역학을 노출. 제안 된 기법을 사용 하는 실제 및 이론적인 요소¹²우리의 그룹 의해 간행 된 최근 종이에서 진술 된다. 실험적으로, 거시적인 시스템을 전시 한다: (i)는 지속적인된 지역, macroscale 통계 기계적 균형, 및 (ii) 작은 선형에서 출발 균형을 모방 (약한) 비 평형 변동 경향을 관찰 분자 유체 시스템입니다. 이론적으로: 평형과 밀도의 약하게 비 평형 통계 역학을 설명 하는 (i) 클래식 미 모델, 상호 작용 N 입자 시스템 해야 될 개 주 macroscale 형태로, 그리고 (ii) 결과 macroscale 모델 해야 안정적으로 짧은, 입자 충돌-시간-눈금, 연속 흐름-시간 눈금에에서 단일 및 다중 입자 역학을 예측 했다.

여기, 우리는 자세한 실험 프로토콜 뿐만 아니라 새로운 기술에 의해 얻은 대표적인 결과 제시. 달리 MD 시뮬레이션 및 빛과 중성자 산란 방법, 새로운 기술, 수 처음으로 흐르는, 강력 하 게 비 평형, 조밀한 가스와 액체 내 분자 유체 프로세스의 상세한 연구.

프로토콜

1입니다. 진동 시스템의 준비

1. 그림 1에서 같이 진동 시스템을 설정 합니다. 환상 폴리우레탄 그릇 (데 600 mm의 외부 직경), 단일-속도 (1740 rpm), 불균형된 모터에 연결 된 후자 생성 프로세스 진동이이 시스템에 의하여 이루어져 있다. 이것은 중된 기지에 연결 하 고 8 개의 온천 (그릇 및가 중된 자료 구입 한 조각으로 조립)의 그룹으로 구분. 스탠드를 그릇 어셈블리를 연결 하 고 두 개의 제공 된 고무 후크 보안. 연동 펌프를 그릇 근처 테이블에 놓고 윤 활 입구 포인트 그릇 펌프 출구 호스를 연결 합니다.
   1. 낮은 진폭 조건 하에서 기록 된 그릇 진동에 고리 모양의 그릇의 내부 반지름을 3 축가 속도계를 부착 하 고 센서 신호 컨디셔너에는 속도계를 연결. 진동 시스템에서 테이블에 신호 컨디셔너를 놓습니다. 가 속도계/신호 컨디셔너 조합 표준 컴퓨터에 설치 된 데이터 수집 하드웨어/소프트웨어에 의해 제어 됩니다.
2. 물에 세척 하 고 건조를 허용 하 여 선택한 미디어를 준비 합니다. 여러 종류의 미디어는 다양 한 실험 동안 사용 되어 왔습니다. 이 문서에 대 한 미디어 바로 잘라 삼각형 (10 m m x 10 m m x 10 m m 삼각형 고 전면 두께 10 m m에서 볼 때)를 연마 하는 세라믹을 사용 합니다.
   1. 먼저 실험실 규모는 빈 플라스틱 자루를 배치 하 고 규모를 taring 하 여 밀도 포장 하는 미디어를 확인 합니다. (않기로 18.927 L (5 분)을 초과 하 고 미디어 (g 또는 kg)의 무게를 기록 선택한 미디어와 플라스틱 자루를 채우기 합니다. 이 유형의 미디어와 현재 실험 설정에 대 한 무게 22.68 kg (50 파운드) 이었다.
      1. 대형 싱크대에 또는 다른 장비에서 건물 밖에 서 양동이 놓습니다. 양동이 작성 (이 설정에 대 한 18.927 L (5 분) 양동이 사용 되었다) 전체 마크 하 고 천천히 물을 양동이에 플라스틱 자루 미디어의 전체 낮은. 미디어의 자루 완전히 빠져들 면 천천히 splashing 피하기 위해 자루를 옆으로 배치 하는 물에서 가방을 올립니다. 졸업 하는 1000 mL 실린더를 사용 하 여 양동이 물 추가의 총 금액을 기록, 그것의 원래 전체 마크를 리필. 이 양의 물 추가 될 것입니다 어디 (에 대 한 설정, 13750 mL의 물이 양동이에 다시 추가 되었습니다) 미디어의 볼륨을 포장 하는 소재. 추가 하는 물의 양을 사용 되는 매체 형식에 종속 됩니다.
      2. 다음 수식으로 미디어의 패킹 밀도 계산.
         
         어디 미디어의 패킹 밀도 는 미디어의 질량 (이 미디어에 대 한 밀도 계산 1649 ).
   2. (이 모델은 두 가지 옵션, 1) 벽에 플러그 또는 2) 서에 연결 된 타이머 달린) 전원 콘센트에 연결 해 진동 시스템을 활성화 합니다. 데이터 수집 소프트웨어는 컴퓨터에 프로그램을 작성 하는 사용자에 "시작" 화살표를 눌러 활성화 하 고 1 분에 대 한 데이터를 수집. 가속도 데이터는 모두 즉시 검토 (모두는 시간 도메인과 주파수 도메인)에 대 한 표시 되며 잠재적인 사후 처리를 위해.csv 파일에 자동으로 저장 된. 비활성화 진동 시스템을 전원 콘센트에서 장치를 분리 합니다.
   3. 진동 그릇에 미디어를 추가 합니다.
   4. 화합물, 3880 mL 물과 마무리 복합 (FC) (3% 볼륨) 솔루션의 120 mL의 구성 된 준비. 1.9 L/h (27이 흐름 속도 달성 하기 위해 회전 속도 다이얼), 연동 펌프를 설정 하지만 흐름을 시작 하지 마십시오. 솔루션 recirculated 하지 하지만 젖은 미디어를 유지 충분 하다 이렇게 하면. (이 솔루션은 일반적으로 사용 되 진동 마무리 솔루션). 솔루션 윤 활 에이전트 역할을 하 고 미디어를 함께 하지 않거나 절차 동안 아래로 착용 되도록 합니다.
   5. 전원 콘센트에 연결 해 진동 시스템을 활성화 합니다. 1.2.2 단계에서 지정 된가 속도계 데이터를 수집 합니다. 비활성화 진동 시스템을 전원 콘센트에서 장치를 분리 합니다.

2. 고속 이미징

참고: 흐르는 곡 식 더미, 이미징 영역의 표면 부분을 이미징 하 여 얻은 곡물 속도 필드 측정을 위해 시야 (FOV) 단계 2.2.4 아래에서 확인에 해당. 시간 가변의 측정, 개별 입자 속도 (더미 표면)에서 얻어질 수 있다 작은, 고정 하위 영역을 선택 하 여 , 내 로 아래, 어디 개별 곡물의 예상된 지역 순서입니다.

1. 고속 카메라 설정 (카메라는 1504 x 1128 해상도 (fps) 초당 1000 프레임) 삼각대에 그것을 배치 하거나 (때 그릇 vibra 진동 시스템의 오픈 표면에 수직인 렌즈와 단단한 프레임을 구축 하 여 이미지를 캡처하려면 ting) 그림 1에서 보듯이 이 엄밀한 진동 시스템에서 별도 프레임과 보장 시스템에서 진동 영상에는 영향을 미치지 않습니다.
   1. 원하는 표면 통합 영역 및 해상도 대 한 적절 한 렌즈를 부착 합니다. 현재 설정는 18-250 밀리미터 줌 렌즈와 1:3.6-6.3 렌즈 비율을 사용 하 여.  카메라 전원 공급 장치 및 GPS 안테나를 연결 합니다.  CAT5 케이블을 사용 하 여 컴퓨터에 카메라를 연결 합니다.  렌즈의 끝은 미디어의 표면 위에서 약 550 m m 되도록 카메라를 놓습니다.
      참고: 배치 카메라 미디어 증가 가장자리 효과 일으킬 것입니다 너무 가까이 하 고 카메라를 너무 멀리 배치 하면 처리 하는 데 너무 어두운 이미지. 지정 된 거리에 가장자리 효과 및 테스트 영역의 전반적인 곡률 오류는 < 2%.
   2. 렌즈 뚜껑을 제거 하 고 카메라 소프트웨어를 시작 합니다. 때 시작 했다, "카메라" 버튼을 클릭 한 다음 확인을 클릭 합니다. 카메라 목록 채울 때 목록에서 카메라를 선택 하 고 열기를 클릭 합니다.
   3. "라이브" 탭에서 컴퓨터에 카메라 소프트웨어에서 카메라의 FOV를 보려면 "라이브" 단추 (파란색 화살표)를 클릭 합니다. 이미지 수를 지역 조명 광원을 켭니다. 이 테스트 지역을 균등 하 게 조명으로 밝은 빛을 수 있습니다. 그림 1 에서는 카메라와 조명 구성 진동 시스템에 관하여.
   4. f-중지를 확인 하려면 카메라에서 라이브 스트림을 사용 하 여 컴퓨터 화면에서 보고 하 고 f-중지를 최소 설정 (최대 밝기)를 조정 합니다. 에 f-중지로 설정 된 경우, 결과 필드의 얕은 깊이. 에 f-중지로 높은 설정, 화면이 너무 어두운입니다. 이 실험은 f-3.6으로 설정 되었습니다.
   5. 원하는 FOV (210 x 160 mm이이 경우에 대 한)를 제공 하는 렌즈에 초점 거리를 조정 합니다. 이 실험에 대 한 설정 미디어 표면 위에 550 m m 카메라로 사용 180 m m에 초점을 설정 합니다. 그림 2a 카메라 FOV를 보여줍니다.
   6. 디지털 카메라 소프트웨어를 사용 하 여 500 X 배율로 확대. 최고의 광학 초점을 위한 렌즈에서 초점 링을 조정 합니다. 디지털 확대/축소 100% (기본 보기)을 반환 합니다.
   7. 컴퓨터에 수집 설정에서 "속도 [Hz]"를 클릭 하 고 초당 500 프레임으로 설정 합니다.
      참고: 곡물 충돌 시간 단위 역학, 해결 하기 위하여 , 적어도 크기 순서 보다 커야 부과 진동 주파수 (여기 Hz)
   8. 보기의 필드에 통치 규모 장소 이미지를 복용 하기 전에 이 이후의 이미지 데이터 처리를 위한 길이 규모를 제공합니다. 카메라 소프트웨어에 인수 설정에서 "라이브"에서 "녹음" 탭을 선택 합니다. 1로 설정 하 고 "순환" 프레임 "녹화 모드" 설정 합니다. 그림 2b에서 보듯이 하나의 이미지를 기록 하는 "라이브" 탭에서 빨간색 동그라미를 클릭 합니다.
   9. "파일"을 클릭 하 여 획득된 한 이미지 편리한 파일 디렉터리 위치 (예: 외부 하드 드라이브)를 TIFF 파일로 저장 한 다음 "저장 인수"을 클릭 합니다. 여러 옵션 대화 상자가 표시 됩니다. 대화 상자에서 파일 형식 옆.tiff 드롭-다운 메뉴에서 선택 합니다.
      1. 대화 상자 아래쪽에 "다운로드 옵션" 탭을 선택 하 고 "찾아보기" 클릭. 대화 상자 위쪽에 있는 테스트에 대 한 폴더 이름을 추가 합니다. "찾아보기" 대화 상자에서 검색 하 고 원하는 위치 (예: 외부 하드 드라이브)와 적절 한 폴더를 선택 합니다. 폴더를 선택한 후 "저장" "확인" 다음 클릭 합니다. 다운로드 관리자 상자가 나타납니다. 파일 전송 하위 001 폴더에 지정 된 파일 위치에 저장을 시작 합니다. 이미지 전송 했습니다, "완료" 상태 상자가 화면에 표시 됩니다.
      2. 빨간 삭제 버튼을 클릭 하 여 카메라에서 이미지를 삭제 합니다.
         참고: 프로토콜 수 수 일시 중지 여기.

3. 수집 데이터

참고: 프로토콜 일시 중지 된 경우 카메라를 다시 시작 해야 필요 합니다. 3.1 단계를 따릅니다. 프로토콜은 일시 중지 하지, 3.1.2 단계로 건너뜁니다.

1. 카메라 소프트웨어를 시작 하 고 2 단계에서에서 지정 된 대로 조명 설정.
   1. 카메라 소프트웨어 활성화, 조명 조건 확인 하 고 상세한 단계 2.2.2에서에서 라이브를 실행 합니다. 에 적절 한 초점을 확인 합니다.
   2. 총 실험 실행된 시간을 선택
      참고: 두 개의 경쟁 요구 사항을 충족 해야 합니다: i) 충분히 통계적으로 고정 입자 흐름 조건에 설정 해야 하 고 ii) 많은 양의 불필요 한 데이터를 생산 너무 오래 해서는 안됩니다. 고정 조건 표시 시간 규모는 시행 착오에 의해 결정 되어야 합니다. 다양 한 엄격의 다양 한 방법은 사용할 수 있습니다. 예를 들어, i) 확인 시간 평균 곡물 속도 고정 시점 또는 여러 고정 시점 도달 명목상 고정된 크기 또는 크기, 또는 ii), 고정 방법, 뿐만 아니라 해당 차이 또한 가정 명목상 고정 확인 크기입니다. 이 실험에 대 한 데이터는 10.12에 대 한 수집 된 해당 5060 프레임의 취득 하는 s. 입자 흐름에 꾸준히 조건 약 1 후 설정 s.
2. 진동 그릇을 활성화 합니다.
   1. 150 mL 균등 하 게 제공 하는 미디어;의 초기 일로 그릇 주변 마무리/윤 활 화합물 (1.2.4 단계)의 확산 그리고 장소 조끼 남아와 복합 연동 펌프에 연결 된 호스와 바닥에. "시계"를 "off"에서 스위치를 틀 지 하 여 (단계 1.2.4에서에서 세트로) 연동 펌프를 활성화 합니다.
   2. 전원 콘센트에 연결 해 진동 그릇 설정 고도 습윤 되도록 1 분의 최소 기 미디어를 통해 움직임을 꾸준히 (꾸준히 움직임 경우 연동 펌프에서 그릇을 입력 하는 액체의 흐름은 약 그릇 드레인에서 배출 하는 액체의 흐름에 평등.
3. 비디오 및 수집 데이터를 캡처.
   1. 액체에 꾸준한 운동 (단계 3.2.2)에 도달 하면, 컴퓨터 화면에 빨간색 기록 아이콘을 클릭 하 여 카메라를 실행 하 고 선택한 기간, 시간 기록 이미지에 빨간색 트리거 체크 표시 클릭 . 카메라는 지정에 대 한 이미지를 기록할 것 이다 그것의 내부 메모리에 그 이미지를 저장 하 고. 그림 2a 5060 이미지 촬영의 세트에서 단일 이미지의 예입니다.
   2. 일단 데이터를 수집 하 고, 전원 콘센트에서 분리 하 여 진동 시스템을 종료 하 고 "off"로 "시계 방향"에서 스위치를 내리고 여 연동 펌프를 비활성화.
      참고: 프로토콜 수 수 일시 중지 여기.

4. 프로세스 PIV와 비디오 데이터

1. PIV 처리를 위한 고속 카메라 이미지를 준비 합니다.
   1. 2.1.9 단계에 설명 된 절차에 따라 TIFF 파일로 인수 이미지를 저장 합니다. (현재 시스템에서 5060 이미지 프레임 전송 한 시간 이상 10.12 s 소요 수집). 이미지 전송 되 면 "완료" 상태 상자가 화면에 나타납니다. 파일에 저장 됩니다 002로 식별 된 하위 폴더에 교정 파일 디렉토리. 카메라에서 이미지를 삭제 합니다.
   2. PIV 소프트웨어에 의해 처리할 수 있도록 하는 회색 음영 이미지에 컬러 이미지를 변환 합니다. "Imread()" 기능을 사용 하 여 데이터 분석 소프트웨어에는 이미지를 업로드. "Rgb2gray()" 기능을 사용 하 여 이미지의 복사본을 변환 하 고 "imwrite()" 기능을 사용 하 여 새 폴더에 이러한 새로운 이미지를 저장/쓰기.
      참고:이 프로세스/데이터 분석 기능 데이터 분석 소프트웨어의 여러 유형에 사용할 수 있는 이며 연구원 완전 한 프로그램으로 작성 된 것입니다. 그림 2 c 회색조로 변환 되어 되는 후에 확대 된 이미지의 예는 PIV에서 처리.
2. PIV 소프트웨어를 사용 하 여 속도 필드를 계산.
   1. 가져오기 마법사를 사용 하 여 PIV 소프트웨어 환경에 단일 프레임 이미지도 회색 음영 이미지의 집합을 가져옵니다. "파일"을 클릭 하 여 가져오기 시작 하 고 "가져오기" 및 "가져오기 이미지"를 선택 합니다.  이미지 가져오기 마법사 대화 상자가 나타납니다.  메뉴에서 "단일 프레임" 가져오기 옵션을 선택 하 고 "이미지 추가" 버튼을 클릭 합니다.  보정 이미지를 선택 하 고 클릭 "오픈", "이미지 가져오기" 대화 목록 상자에 이미지 추가 하는.  이미지를 가져올 때 추가 보정 이미지 (단계 2.1.9) 먼저 가져오기 목록에 최고의 이미지입니다.  "이미지 추가" 버튼을 다시 클릭 하 고 모든 데이터 이미지 "열기" "이미지 가져오기" 대화 상자에 추가를 클릭 합니다.  모든 원하는 이미지 선택 후 "다음"을 클릭 합니다. 입력 사용 하는 카메라 설정, 대화 상자에 프레임 속도 픽셀 피치를 포함 합니다. "다음" 및 "" 가져오기 프로세스를 완료 하려면 마침을 클릭 합니다.
   2. PIV 소프트웨어에 입력된 길이 규모 매개 변수 및 이미지 설정에서 보정 이미지를 분리.
      1. 내용 목록 이미 표시 되지 않으면, 가져온된 이미지 집합을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭 하 고 데이터 기본 트리에 스크린의 왼쪽에 "내용 목록 표시"를 선택 합니다. 보정 이미지를 가정할 경우 첫 번째 가져온된 이미지, 목록 및 선택 "분할 앙상블에서" 여기에 두 번째 이미지를 클릭 마우스 오른쪽. "새로운 교정"를 표시 하는 스크린의 왼쪽에 위치에 설정 (교정 이미지만 포함) 새로 만든된 이미지를 끌어서 설정 합니다 됩니다.
      2. 새로 배치 된 보정 이미지 집합을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭 하 고 "측정 배율 인수"를 선택 합니다. 교정 이미지 화면 표시 되 면 배치 이미지에 "A"와 "B" 표시자 통치자 (또는 다른 개체의 눈금자 사용 되지 않은 경우 크기를 알고) "절대 거리" 텍스트 상자에 마커 사이의 거리를 입력 하 고. 보정 설정을 저장 하 고 닫습니다 대화 상자 및 교정 이미지 "측정 축척" 대화 상자에서 "확인"을 클릭 합니다.
   3. 가져온된 이미지 집합을 선택 하 여 이미지 쌍을 만들고 "분석"을 클릭 합니다. 다음 사용할 수 있는 분석 방법의 목록에서 "더블 프레임 만들기"를 선택 합니다. 선택 "(1-2, 2-3, 3-4... (N-1) 더블 이미지) "옵션을 스타일.
      1. 어떤 이미지 (이미지 보정)을 제외 하 고 이미지 집합에서와 이미지를 마우스 오른쪽 단추로 클릭 열고 선택 "입자 밀도". 대화 상자 표시 인식 입자는 화면에 표시 됩니다. 조사 지역 보기를 확대 표시 됩니다. 이 대화 상자에서 설정 탭을 클릭 하 고 "프로브 크기 영역" 3 입자의 최소 조사 지역에서 지속적으로 볼 수 있습니다 때까지 변경.  이 프로브 영역 크기를 심문 영역 크기 4.2.5 단계에서 입력 한 것입니다.
   4. PIV 처리 알고리즘 및 관련된 매개 변수를 선택 하는 설정 선택한 이미지에 "분석" 명령을 사용 합니다. "적응형 상관 관계" 방법을 선택 하 고 단계 4.2.5 공간에서 벡터를 정의 하는 데 사용 됩니다 픽셀의 영역을 정의 합니다. (이 과정 나누어 이미지 n × n 픽셀 "심문 지역"의 표)
   5. "심문 지역" 탭을 찾아서 8 픽셀의 최소 및 최대 256 픽셀의 사이의 사용 가능한 심문 면적 크기 (대 한이 방법은, 32 x 32 픽셀 사용 되었다)를 선택한 여 심문 영역 크기를 설정 합니다. 4.2.3.1 단계에서 결정 하는 값을 입력 합니다.
      1. 만든 벡터의 밀도 증가, 심문 지역 "오버랩" 비율 0%, 25%, 50% 또는 75% 중복 드롭-다운 메뉴에서 선택 하 여 추가 합니다.
   6. "적응형 상관 관계" 대화 상자에서 "확인"을 선택 하 여 측정된 곡물 속도 필드를 선도 하는 분석을 수행 합니다. 시스템 분석을 시작 합니다.  시스템 데이터를 처리할 때 첫 번째 벡터 지도 화면에 표시 됩니다. 나타나는 예상된 속도와 방향을 그림 2 c에서 보듯이 만족 결정 하기 위해 첫 번째 여러 속도 필드를 검사 합니다. 단계 4.2.4, 반복 속도 필드 현실적인 표시 되지 않습니다 분석 세션을 취소 하 고 분석 설정을 변경. (분석 완료 되 면, FOV, 스패닝 벗어나고 필드 생성 됩니다 (4.2.3 단계) 세트에 각 이미지 쌍). 그림 2 c 그레이 스케일 이미지에 중첩 된 분석 과정 예제 만족 스러운 벡터 필드를 보여 줍니다.
      참고: 각 n × n 픽셀 심문 영역에 대 한 PIV 소프트웨어 다음 이미지에서 해당 패턴에 대 한 심문 영역 내에서 하위 grain 규모 밝은 반점의 패턴을 비교 합니다. 이 비교에서 PIV 소프트웨어 결정 지역 평균 변위 벡터, , 그리고 마지막으로, 분할 하 여 프레임 사이 시간 증가 의하여 , 지역 평균 속도 어디 가리킵니다 심문 지역 . 현재 실험에서 각 심문 지역 이루어져 있었다 n x n = 32 x 32 픽셀; 각 210 x 160 mm FOV를 다시 심문 영역의 총 수 따라서 47 x 35, 1504 x 1128 픽셀에 해당 했다.

5. 프로세스 진동 데이터

참고: 5 단계 수행할 수 있습니다 동시에 4 단계와 분석 소프트웨어 또는 다른 컴퓨터 시스템을 사용 하는 경우.

1. 데이터 분석 소프트웨어를 열고 떨리는 그릇 때 획득 데이터 비어가 속도계에가지고 "로드 ()" 함수를 사용 하 여 (단계 1.2.2). "Fft()" 기능을 사용 하 여 데이터의 고속 푸리에 변환 할. "플롯" 기능을 사용 하 여 데이터의 그림을 만듭니다. 진동 그릇 했다 현재 미디어 (단계 1.2.5) 획득 데이터와 반복.
   참고:이 프로세스/데이터 분석 기능 데이터 분석 소프트웨어의 여러 유형에 사용할 수 있는 이며 연구원 완전 한 프로그램으로 작성 된 것입니다.
   1. 유체역학 분자 과정을 공부 하기 위하여 데이터 처리 작업의 수는 일반적으로 필요 합니다. 주요 처리 절차;의 윤곽선 아래 대표 결과 및 토론 섹션을 참조 하십시오 Keanini, 참조 외. (2017) 어떻게 측정된 PIV 데이터에 대 한 내용은 ¹² 분자 유체 시스템에 대 한 동적 정보를 추출 하 사용할 수 있습니다.

결과

대표 결과 제시, 우리를 참조 하십시오 그의 관찰과 예측으로 연속체 시간 단위 프로세스 시간의 척도에 는 긴 눈금에 상대적인 특성 곡물 충돌 시간, 및 입자 시간 단위 관찰 하 고 시간의 척도에 예측으로 처리 , 그는 순서의, 또는 보다 작은

토론

거시적인 아날로그로 진동이 곡 식 더미를 사용 하 여 분자 유체 프로세스를 조사, 순서는 experimentalist 해야 합니다, 한 반면에, 및 4 개의 기본적인 측정을 사용 하 여 학습과 다른 평형의 몇 가지 기본 요소를 마스터 하 고 비 평형 통계는 기계 실험 측정에 먼저 초점을 맞추고, 이러한 포함: i) 단일 입자 속도 자기 상관 함수, ii) 시간-평균/긴-시간-스케일 표면 입자 속도 측정의 측정을 통해 개별 곡물 역학의 측정 필드, iii) 측정 곡물 미디어 효과적인 점도, 및 iv) 미디어 그릇, 빈과 미디어 가득의 진동 스펙트럼의 측정.

단일 입자 속도 상관 함수 측정

단일 입자 속도 상관 함수의 측정을 통해 개별 입자, 분자 미 시스템에서 또는 현재 방법에 진동이 곡물의 임의의 역학 공부는

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
진동 연마 그릇	Raytech	AV-75
유량계	연동 펌프	913 Mity Flex
Scale	Pelouze	4040
삼축 가속도계	PCB Piezotronics	PCB 356B11	가속도계 센서 신호 컨디셔너
데이터 수집 컴퓨터	IBM	Thinkpad	높은 스피드 카메라
고속 카메라	Redlake	Motionxtra HG-XR
줌 렌즈	Tamron	모델 A18	18-250mm F/3.5-6.3
고강도 빛	ARRI	EB 400/575 D
데이터 처리 컴퓨터	Dell	Dell Precision Tower 7910
PIV 소프트웨어	Dantec Dynamics	Dynamic Studio 2013	버전 3.41.38
데이터 수집 하드웨어	National Instruments		SCXI SCXI-1000 Chasis with SCXI 1100 Card and SCXI 1303 Adapter
데이터 수집 소프트웨어	National Instruments	LabVIEW 2012
데이터 처리 소프트웨어	MATHWORKS	MATLAB
Polishing Media	Rosler	RSG 10/10S	다중 매체 유형 사용(혼합, 구형, 삼각형)
연마 용액	Rosler	FC KFL(3%)	물이 있는 3% 비누 용액
괘선 스케일	스위스 정밀 기기	13-911-3
눈금 실린더	글로벌 과학	601082