Name: 비 뉴턴 유체의 낙하 충격 역학을 연구하기 위해 빠른 이미징 기술 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-03-05T16:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 9 s
Description: 학습하세요 비뉴턴 유체의 낙하 충격 역학을 고속 이미징 기술로 연구하는 방법을. 액체 금속과 고밀도 과립 현탁액의 즉각적인 동역학을 시각화하여 표면 탄성과 스플래싱 거동을 분석할 수 있습니다.

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실험 샘플을 준비에 대한 도움말은 많은 유용한 토론과 Qiti 구오에 대한 웬디 장, 루크 루버스, 마크 미 스킨과 미셸 부장님 감사합니다. 이 작품은 그랜트 번호 DMR-0820054 아래에있는 국립 과학 재단 (National Science Foundation)의 MRSEC 프로그램에 의해 지원되었다.

1. 빠른 영상 설정 (그림 1 참조) <ol><li> 공부 될 유체로 채워진 용기를 자유롭게 충돌 속도를 조절하도록 이동 될 수있는 따라 수직 트랙을 설정함으로써 시작한다. 유체는 노즐을 통해 용기의 바닥 잎 후 낙차 들어간다. 이 일을 위해 하강 높이 0.15 m / 초 ± 충격 속도 V에게 = (0.4-6.3) 0을주고 ​​1~2백센티미터 변화시켰다. </li><li> 생성하고 경사 반사 미러가 아래로부터 낙하 충격을 시각화하기 위해 배치되고있는 수평 충격 평면 전형적 유리판을 유지하는 장착 프레임. </li><li> 홀더에 깨끗하고 매끄러운 유리 접시를 놓습니다. 판을 수평으로 수평되어 있는지 확인합니다. </li><li> 수직 트랙에 주사기 펌프를 장착합니다. </li><li> 액체 금속에 미치는 영향에 대해, 사이드 뷰 이미징을위한 노즐 뒤에 투명 용지 확산을 배치합니다. 동시에, 생성하는 주사기 펌프 상기 백색 불투명 종이를 붙이고보기 바닥 (그림 1 참조)에 대한 반사. 그리고, 노즐 뒤에 광원을 찾아. </li><li> 조밀 한 서스펜션에 미치는 영향의 경우, 확산이 필요하지 않습니다. 대신에, 단지 촬상면의 앞에 광원을 배치. </li><li> 원하는 배율 광학 작동 거리에 대한 적절한 초점 거리와 매크로 렌즈를 선택합니다. 그런 다음 카메라에 렌즈를 연결합니다. </li><li> 삼각대에 카메라를 장착하여 영상의 관점 (옆 또는 아래)에 따라 카메라의 높이를 조정합니다. </li></ol> 2. 샘플 준비 <ol><li> 산화 된 액체 금속의 제조 <ol><li> 밀폐 된 용기에 보관 갈륨 - 인듐 공융 (에서 eGain). 그 용융 온도가 약 15 °의 C이므로에서 eGain는 상온에서 액체 상태로 유지. </li><li> 컨테이너에서 3 ㎖에서 eGain를 추출하고 아크릴 판에 그것을 돌출 피펫을 사용합니다. 샘플이 완전히 공기에 산화 될 때까지 30 분을 기다립니다. conseque로NCE 주름 산화 피부의 얇은 층이 완전히 샘플 표면을 덮는다. </li><li> 에서 eGain 샘플을 예비 세탁하고 표면의 산화를 제어하기 위해 서로 다른 농도의, 염산 ( &quot;주의&quot;염산)를 사용합니다. 이 산성 욕에있는 동안 특히, 레오 미터 60 초 -1의 전단 속도에서, 샘플 전단. 전단의 10 분 후, 샘플의 표면 산화의 수준은 염산 농도 15,18 의해 설정, 평형에 도달한다. </li><li> 이 예비 세탁 후, 화장실에서에서 eGain를 추출하는 스틸 노즐 팁과 플라스틱 주사기를 사용합니다. </li><li> 주사기 펌프에 주사기를 장착하고 실험을위한 준비. </li></ol></li><li> 조밀 한 현탁액의 준비 <ol><li> 상업 주사기 (4.5 mm 또는 반경 2.3 mm)의 끝을 잘라 밀도 현탁액을 분배를위한 원통형 튜브로 사용합니다. </li><li> 피스톤을 당겨 물을 주사기에게 개방 끝까지 채우기의 제작우레 동반 된 공기 거품이 없습니다. </li><li> 주사기에 구형 ZrO2를 또는 유리 구슬을 넣어. 입자의 침강으로, 물은 노즐에서 흘러 나올 것입니다. 입자가 열린 끝에 모든 방법을 주사기를 채우십시오. 현탁액을 중력 하에서 걸림 것이다. </li><li> 평면이를 유지하기 위해 정상에서 여분의 습윤 입자를 제거하기 위해 면도날을 사용합니다. </li><li> 노즐 뒤집어 주사기 펌프에 마운트. 표면 장력은 16 밖으로 떨어지는 입자를 방지 할 수 있습니다. </li></ol></li></ol> 3. 구경 측정 영상을 수집하기 전에, 촬상 장치의 매개 변수를 설정하고 조명 배향이 완료되어야되어야한다. 또한, 공간 분해능이 보정 될 필요가있다. <ol><li> 노즐로부터의 유체 (액체 금속 또는 현탁액)을 밀어 20 ㎖ / hr의 속도로 시린지 펌프를 켜고. </li><li> 주사기에서 분리하기 위해 유체 기다린 드롭과 가을을 형성유리 기판 상에 테스트 영향을 미칠 수 있도록 F. </li><li> 카메라에 연결하는 컴퓨터 모니터에서 플랫을 찾기 위해, 수직 위치 및 촬영 방향 등의 카메라 위치를 조정합니다. 렌즈의 복사 비율 1:1로 고정 될 때 초점면에있을 이미지를 정렬하는 작동 거리를 수정한다. </li><li> 프레임 레이트 (&gt; 6000 FPS) 충분히 높을 때 최고의 화질을 얻기 위해 개구 크기, 노출 시간 및 조명 각도를 변화한다.도 2 (a) 액상에서 eGain 및 조밀 현탁액 모두에 대해 카메라에 의해 촬영 전형적인 이미지를 보여준다. </li><li> (그림 2의 (b) 참조)과 1cm에 걸쳐 맞게 픽셀 수를 계산하여 공간 해상도를 계산 시야에서 통치자를 놓습니다. 수평 및 수직 방향 사이의 해상도에 차이가없는 것을 확인합니다. </li><li> 조밀 현탁액 방울의 패킹 분율을 측정하는 3 단계 과정을 수행 <ol><li> 엔트의 질량을 측정충격 후 분노 표시와 오른쪽 (정확하게 무게를 측정 할 수있는 측정 컵에 드롭의 낙하시키는 것으로, 예를 들면). </li><li> 그리고, 히터 모든 용매를 증발 입자 질량을 구하는 또 플랫 무게. </li><li> 패킹 분획을 얻기 위해 입자와 액체의 양을 계산한다. 일반적으로이 체적 분율은 60 %이어야한다. </li></ol></li><li> 관찰 방향 (아래 또는 측면)에 따라 적절하게 카메라를 위치. 특히, 옆에 사이드 뷰 또는 하단 이미징을위한 반사 거울 같은 수준의 기판에 카메라를 넣어. </li></ol> 4. 비디오 녹화 및 데이터 수집 <ol><li> 영상 보정 한 후, 주사기 펌프를 다시 시작합니다. 동시에, 충돌 프로세스를 감시하는 카메라 제어 소프트웨어를 연다. </li><li> 비디오 길이의 절반 정도의 사후 트리거 프레임 번호를 설정합니다. 드롭이 형성 수동 삼각 시작할 때 조심해GER 순간에 카메라가 강하는 노즐에서 분리 할 때. 데이터 기록하기 전에 몇 실전 테스트를 수행합니다. </li><li> 데이터가 기록 된 후에, 영향을 함유하는 부분에 화상을 트리밍 및 분석을위한 이미지 시퀀스와 같은 동영상을 저장한다. </li></ol> 5. 이미지 후 처리 및 분석 <ol><li> 그것은 () 그림 3 (AB 참조)의 평균 화소 값의 급격한 변화에 대응하는 확산으로 액체에서 eGain의 이동 앞의 위치를 경계 검출 방법을 사용합니다. </li><li> 바닥과 측면 두 이미지에서 밀도가 정지 튀는 개시를 결정합니다. </li><li> () 그림 3 (C 참조) 플랫에서 탈출 개별 입자의 흔적을 얻기 위해 입자 추적 알고리즘을 수행합니다. 그런 다음, 같은 궤도에서 배출 속도 (그림 3 (d))를 계산한다. </li></ol>

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</ol>

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몇 가지 단계가 빠른 영상의 적절한 실행을 위해 중요하다. 우선, 카메라와 렌즈를 적절하게 설정하고 교정해야합니다. 특히, 높은 공간 해상도를 얻기 위하여, 렌즈의 재생 비율은 1:1 내지 부근에 유지되어야한다. 이 조밀 한 현탁액의 시각화를 위해 특히 중요합니다. 또한, 개구의 크기가주의 깊게 촬상을 위해 선택 될 필요가있다. 예를 들어, 일반적으로 측면에서 관찰 필드의 더 깊이, 따라서 작은 구멍의 크기가 필요합니다. 영상의 밝기를 유지하기 위해, 하나는 노출 시간을 증가시키고, 따라서 프레임 레이트 (~ 6,000 fps)를 줄일 필요가있다. 대조적으로, 하단 뷰는 하나의 평면에 초점 카메라가 필요합니다. 결과적으로,보다 높은 시간 해상도 (~ 10,000 fps)를 얻을 수있다. 둘째, 적절한 조명 설정은 상품의 날카로운 경계를 얻기위한 핵심 요소입니다. 모든 샘플은 확대 나 프론 하나 붙였다되었으므로t는, 광원은 화상면에 수직으로 정렬 될 필요가있다. 조명 각도가 기...

고체 표면에 영향을 드롭 드롭의 정밀한 제어가 확산 튀는를 원하는 3,4 인쇄 잉크젯을 사용하여 전자 제조 1, 스프레이 코팅 2 및 첨가제 제조와 관련된 많은 응용 프로그램의 핵심 과정이다. 그러나, 낙하 충격의 직접적인 관찰은 두 가지 이유에 대한 기술적 도전이다. 첫째, 시간 척도 내에서 광 현미경 및 DSLR 카메라와 같은 기존의 영상 시스템에 의해 쉽게 이미지화하기에​​ 너무 짧은 (~ 100 마이크로 초)를 발생하는 복잡한 역동적 인 과정이다. 플래시 촬영을 훨씬 더 빨리 물론 이미지의 수 있지만, 시간의 진화에 대한 자세한 분석을 위해 필요에 따라, 연속 촬영을 허용하지 않습니다. 둘째, 충격 불안정성에 의해 유도 된 길이 치수는 10 ㎛ 5만큼 작을 수있다. 따라서 정량적 영향 프로세스에게 합리적으로 높은 공간 해상도와 함께 초고속 영상을 결합하는 시스템을 연구하는 것은 종종원하는. 이러한 시스템에 미치는 영향 6-8 이후 글로벌 기하학적 인 변형에 주로 초점을 맞추고 있지만, 이러한 튀는의 발병 같이 이른 시간에 대한 정보, 영향과 관련된 비평 프로세스를 수집 할 수 없습니다 물방울의 영향에 대한 초기 작업의 부재. 유체 9,12의 CMOS 고속 비디오 그래피의 최근 발전은 아래로 1 마이크로 초 이하 만 FPS와 노출 시간에 최대 프레임 속도를 추진해 왔습니다. 또한, 새롭게 개발 된 CCD 촬상 기술은 잘 백만 FPS 9-12 상기 프레임 속도를 밀 수있다. 반면에, 공간적 해상도는 확대 렌즈 (12)를 이용하여 1 μM / 화소의 순서로 증가 될 수있다. 결과적으로, 그것은 전례가없는 세부 사항에서 낙하 충격의 다양한 단계의 물리적 매개 변수의 넓은 범위의 영향을 탐구하고 체계적으로 실험과 이론 5,13-16을 비교할 수있게되었다. 예를 들어, 뉴턴 유체에 튀는 전환 fou를했다고유의 레올 로지 수율 스트레스 유체 (17)의 확산 역학을 결정하는 동안 차, 분위기 압력 5로 설정합니다. 여기에 간단하면서도 강력한 고속 영상 기술 도입과 충격 비 뉴톤 유체의 두 가지 유형의 역학 연구에 적용된다 : 액체 금속 및 밀집 현탁액. 공기에 노출되면, 기본적으로 (수은 제외) 모든 액체 금속은 자발적으로 자신의 표면에 산화물 피부를 개발할 것입니다. 기계적 피부 효과, 표면 장력 및 금속 (18)의 젖음성을 변화하는 것으로된다. 이전 글 (15), 저자의 몇 가지 정량적으로 확산 과정을 공부하고 피부 효과에 미치는 영향 역학, 충격 매개 변수를 사용하여 최대 확산 반경 특히 스케일링에 영향을 미치는 방법을 설명 할 수 있었다. 액체 금속은 높은 표면 반사율을 갖고 있기 때문에, 조명에주의 조정 촬상 요구된다. 정학의액체의 작은 입자로 구성 다시. 심지어 간단한 뉴턴 액체, 특히 부유 입자의 높은 볼륨의 일부에, 즉 고밀도 현탁액에 발음됩니다 비 뉴톤 행동, 입자의 결과를 추가. 특히, 튀는의 발병 현탁액 방울 부드러운 하드 표면 안타 전작 16에서 공부했다. 액체 입자와 입자 간 상호 작용은 모두 간단한 액체에서 예상했던 것과 크게 튀는 동작을 변경할 수 있습니다. 높은 공간 해상도가 필요합니다이 실험에서 80 μm의 한 작은 입자를 추적 할 수 있습니다. 이러한 높은 공간적 해상도를 제공하며 측면에서 아래에서 모두 영향을 관찰하는 기능 등 다양한 기술 요구 사항의 조합은, 모두 여기에 설명 된 이미지 설정에 만족 될 수있다. 표준 프로토콜에 따라, 아래에 설명, 충격 역학 inves에 할 수있다퍼짐 거동 및 스플래쉬에 대해 명시 적으로 도시 된 바와 같이, 제어 된 방식으로 tigated.

<table><tbody><tr><td>갈륨-인듐 공융</td><td>시그마 알드리치</td><td>495425-25G</td><td></td></tr><tr><td>염산&nbsp;</td><td>시그마 Aldrich</td><td>320331-2.5L</td><td></td></tr><tr><td>산화 지르코늄</td><td>Glen Mills Inc.</td><td>7200</td><td></td></tr><tr><td>팬텀 V12 및 V7 고속 Ccamera</td><td>비전 연구</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>105mm 마이크로 니콘</td><td>니콘</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>12V/200W 광원</td><td>Dedolight</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>주사기 펌프</td><td>Razel</td><td>모델 R9-9E</td><td></td></tr></tbody></table>

비 뉴턴 유체의 낙하 충격 역학을 연구하기 위해 빠른 이미징 기술

Fast Imaging Technique to Study Drop Impact Dynamics of Non-Newtonian Fluids

유체 역학의 분야에서, 많은 동적 프로세스는 매우 짧은 시간 간격 동안 발생할뿐만 아니라, 상세한 관찰 높은 공간 해상도, 종래의 촬상 시스템으로 관찰하는 것이 어려운 상황을 만들 필요 아닙니다. 이들 중 하나는 통상의 10 밀리 초 이내에 일어나는 액체의 낙하 충격이다. 이러한 과제를 해결하기 위해, 고속 이미징 기술은 위 / 아래 10 ㎛으로 화상의 공간 해상도를 가지고 긴 작동 거리를 갖는 매크로 렌즈로 고속 카메라 (초당 백만 프레임 능력)을 결합한 도입된다 픽셀. 이미징 기술은 녹화 된 비디오의 분석으로부터, 같은 유동장, 확산 거리와 튀는 속도와 같은 관련 유체 다이내믹 수량의 정확한 측정을 가능하게한다. 이 시각화 시스템의 기능을 설명하기 위해, 비 뉴톤 유체의 물방울을 평면 딱딱한 표면에 충돌 충격 역학 characte입니다음 공인. 두 가지 상황이 고려되어 산화 된 액체 금속 방울에 우리는 확산 문제에 집중하고, 조밀하게 현탁액을 위해 우리는 튀는의 개시를 결정합니다. 일반적으로, 여기에서 소개 높은 공간적 이미지 해상도의 조합은 마이크로 현상의 넓은 범위에 걸쳐 빠른 역학을 공부 이점을 제공합니다.

고속 이미징 기법.도 확산 및 다양한 충격 시나리오 스플래쉬를 정량화하는데 사용될 수있다 4 (a), 예를 들어, 다른 산화물 피부 강도 액체에서 eGain 전형적인 충격 이미지 시퀀스를 나타낸다. 같은 노즐에서 동일한 떨어지는 높이에서 eGain를 배출함으로써, 재현 충격 속도 V 0와 물방울 = ± 0.12 m / 초 및 반경 R 0 = 6.25 ± 0.10 mm는 1.02 생성되었습니다. 왼쪽 열은 산에 prewashed하지 공기 산화에서 eGain 하락의 영향을 보여줍니다. 유체 노즐로부터 분리 될 때 방울의 상단부에서 긴 꼬리를 형성한다. 통상의 액체는 다르게, 산화 피부 자유롭게 표면 에너지 차분한로부터 유체를 방지하므로이 비구면 형상을 하강 단계에서 그대로 유지된다. 충격이 발생하면, 얇은 액체 금속 시트 (얇은 판)는 부드러운 기판을 따라 빠른 속도로 확장합니다. 산에서 샘플을 세척하면 황소를 감소IDE 및 피부 ...

다른 물리적 매개 변수를 매우 짧은 시간 (밀리 초 미만의 제 10 호)에 역학에 영향을 미치는 때문에 비 뉴톤 유체의 낙하 충격은 복잡한 과정이다. 빠른 이미징 기술은 다른 비 뉴턴 유체의 영향 행동을 특성화하기 위해 도입된다.

In the field of fluid mechanics, many dynamical processes not only occur over a very short time interval but also require high spatial resolution for ...

다음 실험의 전반적인 목표는 고속 이미징 기술을 사용하여 비뉴턴 유체인 액체 금속 및 고밀도 과립 현탁액 방울의 충돌 역학을 연구하는 것입니다. 이는 방울이 표면에 충돌할 때의 즉각적인 역학을 시각화하기 위한 고속 카메라 설비를 구축함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계로, 산화로 유도된 표면 탄성이 퍼짐 반경에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 정보를 제공하기 위해 액체 금속의 일련의 충돌 실험을 수행합니다.다음으로, 고농도 현탁액의 비산 시작과 퍼짐 역학을 조사하기 위해 충격 실험을 수행합니다. 유효 표면 장력, 점도, 충격 속도 및 현탁 입자 직경과 같은 서로 다른 유체 매개변수들이 비뉴턴 액적의 충격 역학을 함께 결정한다는 결과가 도출되었습니다. 이 방법은 시스템의 거동을 전체적인 특성으로 설명할 수 있는 시점이나 개별 입자를 고려해야 하는 시점과 같이 고농도 현탁액 분야의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다.이 측정법은 복잡 유체의 충격 역학에 대한 통찰을 제공할 뿐만 아니라, 파쇄 상태의 형성, 액적의 고체 핀치 오프(pinch off), 그래뉼 시스템 내의 빠른 입자 이동과 같이 빠른 역학을 포함하는 다른 공정의 관찰에도 적용될 수 있습니다. 먼저 이미징 설정을 준비하십시오. 구성 요소 중 하나는 시린지 펌프 마운트를 지지할 수 있는 수직 트랙과 시린지 펌프이며, 이를 통해 테스트 유체의 자유 낙하 높이를 변경하기 위해 서로 다른 높이로 이동시킬 수 있습니다.트랙 옆에는 수평 충격면 역할을 하는 깨끗한 유리판을 지지하는 프레임이 있습니다. 유리판의 표면이 수평으로 평평한지 확인하십시오. 유리 표면 아래에 기울어진 반사 거울을 배치하여 아래쪽에서 액적 충격 과정을 시각화하십시오.다음으로, 액체 금속 충돌의 하단 관찰 이미징을 돕기 위해 빛을 반사할 수 있도록 유리판 위에 불투명한 흰색 종이를 부착합니다. 측면 관찰 이미징을 돕기 위해 관찰 방향의 맞은편에 투명 종이 디퓨저를 배치합니다. 그런 다음 디퓨저 뒤쪽 영역에 광원을 배치합니다.광원을 켜서 충격 부위를 균일하게 조사합니다. 이제 표면을 촬영할 수 있도록 적절한 렌즈를 장착한 카메라를 삼각대 위에 수평으로 설치합니다. 카메라를 제어 및 디스플레이용 컴퓨터에 연결합니다.실온의 밀폐 용기에 보관된 갈륨 인듐 유틱(gallium indium utic)을 사용하여 시료 준비를 시작합니다. 피펫을 이용해 용기에서 3 mL를 추출합니다. 아크릴 판을 준비하고 그 위에 갈륨 인듐 UTA를 압출합니다. 시료가 공기 중에서 완전히 산화될 때까지 30분 동안 기다립니다.산화된 피부의 얇은 층이 시료 표면을 완전히 덮게 됩니다. 염산을 취급할 때 적절한 주의 사항을 준수하고, TER 용기에 200 milliliter의 산성 용액을 준비하십시오. 용액의 농도는 실험 변수입니다.시료를 산욕(acid bath)에 넣습니다. TER를 사용하여 초당 60회전으로 10분 동안 전단합니다. 산 전세척이 완료되면 ReMeter에서 산욕을 제거합니다.1~2mm 강철 노즐 팁이 장착된 2mL 플라스틱 주사기를 사용하여 배스에서 1.5mL의 갈륨 인듐 액틱 시료 추출물을 회수하십시오. 이제 시료를 사용 및 실험에 사용할 수 있습니다. 고농도 현탁액 시료 준비를 위해 주사기를 주사기 펌프에 장착하십시오.실험은 상용 시린지의 끝부분을 잘라 현탁액을 분주하기 위한 원통형 튜브로 사용하여 시작합니다. 시린지를 채우기 위해 먼저 물이 담긴 용기를 준비합니다. 시린지의 끝을 물에 담근 후, 공기 방울이 생기지 않도록 주의하며 피스톤을 뒤로 당겨 물을 채웁니다.다음으로, 주사기의 개방된 끝이 위를 향하도록 잡습니다. 물이 넘쳐흐를 때까지 구형의 이산화지르코늄 또는 유리 비드를 주사기에 가득 채웁니다. 면도날을 사용하여 상단의 불필요하게 뭉친 입자들을 제거함으로써 끝부분을 평평하게 유지합니다.시린지를 뒤집어 펌프 표면에 장착하십시오. 장력으로 인해 입자가 밖으로 떨어지는 것이 방지됩니다. 비디오를 녹화하기 전, 이미징 및 조명 시스템을 조정하고 공간 분해능을 보정하는 단계를 수행하십시오.먼저, 시린지 펌프를 작동시켜 유체를 시간당 20 milliliters의 속도로 밀어냅니다. 고밀도 현탁액인 이 유체가 시린지에서 떨어져 유리 표면에 테스트 충격을 가할 때까지 기다립니다. 충격이 발생하면 시린지 펌프의 전원을 끕니다.그 다음, 모니터에 스플랫(splat)이 보일 때까지 카메라의 위치와 방향을 조정하십시오. 이어서 이미지의 배율을 1:1로 설정하고, 카메라를 초당 6,000 프레임 이상으로 설정한 상태에서 이미지가 초점 평면에 오도록 작동 거리를 수정하십시오. 최상의 화질의 이미지를 얻기 위해 조리개 크기, 노출 시간 및 조명 각도를 조절하십시오.카메라 설정을 완료한 후, 모니터의 시야 내에 자를 배치합니다. 1cm에 해당하는 픽셀 수를 세어 공간 해상도를 계산합니다. 수평 방향과 수직 방향의 해상도에 차이가 없는지 확인하십시오.이미징 시스템의 보정을 마친 후, 시린지 펌프를 20 milliliters per hour의 속도로 다시 작동시키십시오. 동시에, 데이터를 기록하기 전에 충돌 과정을 모니터링할 수 있도록 카메라 제어 소프트웨어를 준비하십시오. 방울이 노즐에서 떨어지는 순간에 카메라를 수동으로 트리거할 수 있도록, 방울이 형성되기 시작하는 시점을 주의 깊게 관찰하는 연습을 하십시오.데이터 기록 후, 충격 장면이 포함된 부분만 편집하여 분석을 위한 이미지 시퀀스로 저장하십시오. 이 고속 이미징 기술은 다양한 산화물과 갈륨 인듐 액체의 충격 연구에 사용되었습니다. 피부 강도는 산에 의해 결정되었습니다.여기에 표시된 사전 세척 전 영상은 세 가지 서로 다른 조제물이 유리 표면에 충돌하며 퍼지는 모습을 보여주는 프레임입니다. 각 액적은 동일한 노즐 높이에서 낙하하여 약 1m/s의 속도로 충돌하였습니다. 사전 세척을 하지 않은 상태에서 초기 액적의 직경은 6.25mm였습니다.산화막은 유체가 표면 에너지를 완화하는 것을 방지하여 낙하 단계 동안 비구형 모양이 나타나게 하며, 샘플을 세척하고 산 처리를 하면 산화물이 감소하고 산화막 효과가 약해집니다. 산 농도가 충분히 높을 때는 갈륨, 인듐 및 일반 유체 간에 차이가 관찰되지 않습니다.이 데이터는 모세관 영역(capillary regime)에서 점성 영역(viscous regime)으로의 전이를 보여줍니다. 초기 반경과 최종 반경의 비 pm을 레이놀즈 수(Reynolds number)의 5분의 1제곱으로 나눈 값을 유효 웨버 수(effective Weber number)와 레이놀즈 수의 5분의 4제곱의 비에 대해 도식화하면 데이터가 하나의 곡선으로 수렴합니다. 고농도 현탁액에서의 스플래시 개시(splash onset)는 점성 소산이 관성 효과에 비해 무시할 수 있는 영역에서 연구되었습니다. 이것은 서로 다른 입자 밀도와 반경의 곱이 가로축을 따라 표시된 스플래싱 상평형도(splashing phase diagram)입니다.세로축은 원고에서 정의한 입자 웨버 수입니다. 빨간색 원은 항상 스플래시가 발견되었음을 나타냅니다. 삽입도는 전형적인 스플래시 이미지를 보여줍니다.파란색 점은 스플래시가 발견되지 않은 경우에 해당합니다. 두 번째 삽입도는 스플래시가 없는 이미지의 예시입니다. 스플래시와 스플래시 없음이 모두 발견된 경우는 녹색 사각형으로 표시됩니다.각 지점에 대해 실험을 10회 반복하였습니다. 결과는 임계 웨버 수(Weber number) 약 14 ± 2와 일치합니다. 이 절차를 수행할 때는 시료 제작을 충분히 연습하고 패킹 분율(packing fraction)을 빈번하게 측정하여, 시료를 일관되게 제작할 수 있는지 확인하는 것이 중요합니다.이를 통해 개발 후 실험 결과의 재현성을 보장할 수 있습니다. 이 기술은 복합 유체 분야의 연구자들이 다양한 액체 시스템의 충격 역학을 탐구할 수 있는 길을 열어주었습니다.

fast-imaging-technique-to-study-drop-impact-dynamics-non-newtonian

Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

소설 microfluidic 시스템을 수동 펌프의 현상과 사용자가 제어 유체 전달 시스템을 사용하여 개발되었습니다. 이 microfluidic 시스템의 사용의 저렴한 비용으로, 쉽게, 체적 정밀, 고속, repeatability 및 자동화 주어진 생물 학적 응용 프로그램의 다양한에서 사용될 수있는 잠재력이있다.

Microfluidic 장치에 수동 펌핑을위한 고속 비말 기반 전달 시스템

공 초점 현미경은 매력적인 현탁액을위한 모델 시스템으로 공부하는 이미지 정지 흐르는 콜로이드 폴리머의 혼합물에 사용된다. 이미지 분석 알고리즘은 기하 구속에 의한 변화를 측정 콜로이드 입자의 구조 및 동적 메트릭을 계산하는 데 사용된다.

밀폐 무부하 흐르는 콜로이드 중합체 혼합물의 공 촛점 이미징

고속 이동 표면에서 액체 제트 충돌을 검사하기 위한 두 가지 실험 장치인 공기 대포 장치와 회전 디스크 장치에 대해 설명합니다. 이 장치는 레일 상단 마찰 제어를 위해 레일 트랙에 액체 마찰 조절제(LFM)를 적용하기 위한 최적의 접근 방식을 결정하는 데 사용됩니다.

이동 표면에 고속 액체 제트 매복의 시각화

흐르는 액체 필름에 물방울 영향 역학 파의 기여를 연구 프로토콜 제공 됩니다.

얇은 흐르는 액체 필름에 물방울 영향 역학 파의 기여를 공부 영화 컨트롤

이 프로토콜에서는 물 항목 실험 free-falling 분야에 대 한 기본 실험 구성을 보여 줍니다. 꿰 뚫을 수 직물 표면에 액체의 변경, 화학적으로 비 일로 분야의 준비에 대 한 방법 및 스플래시 시각화 및 데이터 추출에 대 한 단계는 설명 합니다.

Free-falling 분야 변경 및 충돌 표면 상태와 깊은 액체 수영장에의 영향

이 프로토콜을 사용하면 액체 낙하 충격의 실험적인 고속 이미지를 효율적으로 수집하고 해당 데이터를 일괄 분석할 수 있습니다. 이러한 프로세스를 간소화하기 위해 이 메서드는 장치를 교정 및 설정하고, 적절한 데이터 구조를 생성하고, 이미지 분석 스크립트를 배포하는 방법을 설명합니다.

액체 액적 영향의 높은 처리량 분석

여기서, 제어된 방울 크기를 갖는 고도로 단분산 에멀젼을 생성하기 위해 사용되는 유리 기반 미세유체 장치를 제조하기 위한 프로토콜이 제시된다.

방울과 에멀젼을 생성하는 유리 기반 장치

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밀폐및제한된 계면활성제 기반 전단 점성 비탄성 유체의 구형 입자 의 정착 속도의 실험 적 측정

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균일한 인클로저를 실현하기 위해 두 개의 실리콘 웨이퍼를 영구적으로 접합하는 방법이 설명되어 있다. 여기에는 웨이퍼 준비, 세척, RT 본딩 및 어닐링 프로세스가 포함됩니다. 생성된 접합 웨이퍼(cells)는 인클로저 ~1%1,2의균일성을 갖는다. 그 결과 형상을 통해 제한된 액체와 가스를 측정할 수 있습니다.

실리콘 다이렉트 웨이퍼 본딩을 통한 균일한 나노스케일 캐비티 제조

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비 뉴턴 유체의 낙하 충격 역학을 연구하기 위해 빠른 이미징 기술

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