Name: Snelle beeldvormende techniek om te studeren Drop Impact Dynamiek van niet-Newtoniaanse vloeistoffen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-03-05T16:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 9 s
Description: Leer de impactdynamiek van niet-Newtoniaanse vloeistoffen bestuderen met behulp van snelle beeldvorming. Deze methode onthult hoe oppervlakte-elastisch gedrag en viscositeit de verspreiding van druppels beïnvloeden.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Dankzij Wendy Zhang, Luuk Lubbers, Marc Miskin en Michelle Driscoll voor vele nuttige discussies en Qiti Guo voor hulp bij de voorbereiding van experimentele monsters. Dit werk werd ondersteund door MRSEC programma van de National Science Foundation onder Grant No DMR-0820054.

1. Fast Imaging Setup (zie figuur 1) <ol><li> Stel eerst een verticale rail waarlangs een houder gevuld met het fluïdum te bestuderen vrij kan worden verplaatst naar de botssnelheid passen. De vloeistof verlaat de bodem van de houder door een mondstuk en gaat vervolgens vrije val. Voor dit werk werd de valhoogte varieerde 1-200 cm dat de botssnelheid V geeft 0 = (0,4-6,3) ± 0,15 m / sec. </li><li> Bouwen en monteren een kader aan de horizontale gevolgen vliegtuig, meestal een glasplaat, waaronder een hellend reflecterende spiegel is gepositioneerd voor het visualiseren van de drop effect van de bodem vast te houden. </li><li> Plaats een schone en gladde glazen plaat op de houder. Zorg ervoor dat de plaat wordt horizontaal genivelleerd. </li><li> Monteer een injectiepomp op de verticale rail. </li><li> Voor vloeibaar metaal effect, plaats een transparant papier diffuser achter het mondstuk voor zijaanzicht beeldvorming. Tegelijkertijd, voeg een witte opake papier boven de injectiepomp genererenreflectie voor bodem bekijken (zie figuur 1). Vervolgens zoekt u de lichtbron achter het mondstuk. </li><li> Voor dichte suspensie effect, geen diffuser nodig. In plaats daarvan, plaatst de lichtbron in de voorkant van het beeldvlak. </li><li> Selecteer de macro-objectief met een passende brandpuntsafstand voor gewenste vergroting en optische werkafstand. Sluit vervolgens de lens op de camera. </li><li> Bevestig de camera op een statief en stel de hoogte van de camera volgens de beeldvorming perspectief (zij-of onderkant). </li></ol> 2. Monstervoorbereiding <ol><li> Bereiding van vloeibaar metaal geoxideerd <ol><li> Store Gallium-Indium Eutectic (eGain) in een gesloten container. Sinds de smelttemperatuur ongeveer 15 ° C, eGain blijft vloeibaar bij kamertemperatuur. </li><li> Gebruik een pipet te extraheren 3 ml eGain uit de container en het extruderen op een acryl plaat. Wacht 30 min voor het monster volledig worden geoxideerd in lucht. Als ConsequeNVU, een dun laagje gerimpelde geoxideerde huid volledig bedekt het monster oppervlak. </li><li> Gebruik zoutzuur (HCl, &quot;PAS&quot;) van verschillende concentraties aan de eGain monster voorwas en de oxidatie regelen. Specifiek shear het monster, terwijl het in het zuurbad, 60 sec -1 afschuifsnelheid met een reometer. Na 10 min afschuiving, het niveau van oxidatie in het monster bereikt evenwicht, door de zoutzuurconcentratie 15,18 stellen. </li><li> Na deze voorwas, gebruik dan een plastic spuit met een stalen nozzle tip om eGain uittreksel uit het bad. </li><li> Bevestig de spuit op de spuit pomp en klaar zijn voor het experiment. </li></ol></li><li> Voorbereiding van dichte schorsingen <ol><li> Knip het einde van een commercieel injectiespuit (4,5 mm of 2,3 mm straal) en het als cilindrische buis voor het afgeven van de dichte suspensie. </li><li> Trek de zuiger en vul de spuit met water tot aan het open einde, waardoor sure is er geen luchtbel meegevoerd. </li><li> Zet bolvormige ZrO 2 of glazen kralen in de spuit. Met de sedimentatie van deeltjes, zal water morsen uit het mondstuk. Vul de spuit met deeltjes helemaal naar het open uiteinde. De schorsing zal vastlopen onder zwaartekracht. </li><li> Gebruik een scheermesje om extra bevochtigd deeltjes uit de top verwijderen daartoe plat te houden. </li><li> Flip over het mondstuk en bevestig deze aan de injectiepomp. Oppervlaktespanning wordt voorkomen dat de deeltjes uit kan vallen 16. </li></ol></li></ol> 3. Ijking Voor het verzamelen van video&#39;s, de parameters van het apparaat voor beeldbewerking te worden ingesteld en verlichting uitlijning moet worden ingevuld. Ook de ruimtelijke resolutie worden gekalibreerd. <ol><li> Start de spuitpomp met een snelheid van 20 ml / uur tot druk de vloeistof (vloeibare metaal of suspensie) van de spuitopening. </li><li> Wacht tot de vloeistof los te maken van de spuit, vormen een druppel en val vanf om een ​​test impact te maken op het glazen substraat. </li><li> Stel de camera positie, inclusief de verticale positie en imaging oriëntatie, de splat vinden in de computer monitor die verbinding maakt met de camera. Wijzig de werkafstand naar afbeelding regelen in het brandvlak bij de reproductie van de lens wordt vastgesteld op 1:1. </li><li> Varieer het diafragma, belichtingstijd en verlichting hoek om de beste beeldkwaliteit te verkrijgen wanneer de frame rate is hoog genoeg is (&gt; 6000 fps). Figuur 2 (a) toont de typische beelden die door de camera voor zowel vloeibare eGain en een dichte schorsing. </li><li> Plaats een liniaal in het gezichtsveld (zie figuur 2 (b)) en bereken de ruimtelijke resolutie door te tellen hoeveel pixels sluiten in 1 cm. Zorg ervoor dat er geen verschil in resolutie tussen horizontale en verticale richting. </li><li> Volg een 3-stap proces om de pakkingfractie van dichte schorsing druppel meten: <ol><li> Meet de massa van de entire splat direct na botsing (bijvoorbeeld door verhuur van de daling in een maatbeker die nauwkeurig kan worden afgewogen). </li><li> Vervolgens verdampen alle oplosmiddel met een kachel en wegen van de splat opnieuw om het deeltje massa te bereiken. </li><li> Bereken de hoeveelheid deeltjes en vloeistof naar de pakkingfractie krijgen. Gewoonlijk moet deze volumefractie ongeveer 60% bedragen. </li></ol></li><li> Volgens de observatie richting (onderkant of zijkant), plaatst u de camera op de juiste wijze. In het bijzonder zet de camera naast het substraat voor het zijaanzicht of op hetzelfde niveau van het reflecterende spiegel onderaan beeldvorming. </li></ol> 4. Video Recording and Data Acquisition <ol><li> Na beeldvorming kalibratie, start de injectiepomp. Tegelijkertijd openen de camera besturingssoftware om de impact te monitoren. </li><li> Stel de post triggering framenummers bij ongeveer de helft van de lengte van de video. Let goed op wanneer de druppel begint te vormen en handmatig trigger de camera op het moment druppel los van het mondstuk. Voer een paar praktijk testen voor gegevensregistratie. </li><li> Nadat de gegevens zijn opgenomen, trim van de video naar het gedeelte dat de impact en sla de video&#39;s als beeld sequenties voor analyse. </li></ol> 5. Beeld Post-processing en analyse <ol><li> Gebruik een grens detectiemethode om de bewegende voorste vloeistof eGain lokaliseren als het verspreidt, wat overeenkomt met een scherpe overgang van de gemiddelde pixelwaarde (zie figuren 3 (ab)). </li><li> Van zowel onder-en zijkant beelden, bepalen de spatten ontstaan ​​van dichte schorsing. </li><li> Voer particle-tracking-algoritmen sporen van afzonderlijke deeltjes die ontsnapt uit de splat (zie figuur 3 (c)) te verkrijgen. Vervolgens berekent het uitwerpen snelheid van dergelijke trajecten (figuur 3 (d)). </li></ol>

<ol><li>Chiechi, R. C., Weiss, E. A., Dickey, M. D., Whitsides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Eutectic+Gallium-Indium+%28EGaIn%29%3A+A+moldable+Liquid+Metal+for+Electrical+Characterization+of+Self-Assembled+Monolayers%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Eutectic Gallium-Indium (EGaIn): A moldable Liquid Metal for Electrical Characterization of Self-Assembled Monolayers.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 47, 142 (2008).</li>
<li>Fukumoto, M., Huang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flattening+Mechanism+in+Thermal+Sprayed+Ni+Particles+Impinging+on+Flat+Substrate+Surface%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Thermal+Spray+Tech%22%5BJournal%5D)">Flattening Mechanism in Thermal Sprayed Ni Particles Impinging on Flat Substrate Surface.</a> J. Thermal Spray Tech. 8, (1999).</li>
<li>Seerden, K. A., Reis, N., Evans, J. R., Grant, P. S., Halloran, J. W., Derby, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ink-Jet+Printing+of+Wax-Based+Alumina+Suspensions%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Ceram.+Soc%22%5BJournal%5D)">Ink-Jet Printing of Wax-Based Alumina Suspensions.</a> J. Am. Ceram. Soc. 84, 2514 (2004).</li>
<li>Derby, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inkjet+printing+ceramics%3A+From+drops+to+solid%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Eur.+Ceram.+Soc%22%5BJournal%5D)">Inkjet printing ceramics: From drops to solid.</a> J. Eur. Ceram. Soc. 31, 2543 (2011).</li>
<li>Xu, L., Zhang, W. W., Nagel, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Drop+Splashing+on+a+Dry+Smooth+Surface%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Drop Splashing on a Dry Smooth Surface.</a> Phys. Rev. Lett. 94, (2005).</li>
<li>Clanet, C., Beguin, C., Richard, D., Quere, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Maximal+deformation+of+an+impacting+drop%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid.+Mech%22%5BJournal%5D)">Maximal deformation of an impacting drop.</a> J. Fluid. Mech. 517, 199 (2004).</li>
<li>Yarin, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Drop+Impact+Dynamics%3A+Splashing+Spreading%2C+Receding%2C+Bouncing%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Drop Impact Dynamics: Splashing Spreading, Receding, Bouncing.</a> Annu. Rev. Fluid Mech. 38, 159 (2006).</li>
<li>Chandra, S., Avedisian, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+collision+of+a+droplet+with+a+solid+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+R.+Soc.+Lond.+A%22%5BJournal%5D)">On the collision of a droplet with a solid surface.</a> Proc. R. Soc. Lond. A. 432, 13-41 (1991).</li>
<li>Versluis, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-speed+imaging+in+fluids%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Fluids%22%5BJournal%5D)">High-speed imaging in fluids.</a> Exp. Fluids. 54, 1458 (2013).</li>
<li>Thoraval, M. -J., Takehara, K., Etoh, T. G., Thoroddsen, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Drop+impact+entrapment+of+bubble+rings%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Drop impact entrapment of bubble rings.</a> J. Fluid Mech. 724, 234-258 (2013).</li>
<li>Thoroddsen, S. T., Takehara, K., Etoh, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-splashing+by+drop+impacts%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Micro-splashing by drop impacts.</a> J. Fluid Mech. 706, 560-570 (2012).</li>
<li>Thoroddsen, S. T., Etoh, T. G., Takehara, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-speed+imaging+of+drops+and+bubble%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+Rev.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">High-speed imaging of drops and bubble.</a> Ann. Rev. Fluid Mech. 40, 257-285 (2008).</li>
<li>Driscoll, M., Stevens, C. S., Nagel, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thin+film+formation+during+splashing+of+viscous+liquids%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+E%22%5BJournal%5D)">Thin film formation during splashing of viscous liquids.</a> Phys. Rev. E. 82, (2010).</li>
<li>Pregent, S., Adams, S., Butler, M. F., Waigh, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+impact+and+deformation+of+a+viscoelastic+drop+at+the+air-liquid+interface%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Non-Newtonian+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">The impact and deformation of a viscoelastic drop at the air-liquid interface.</a> J. Non-Newtonian Fluid Mech. 166, 831 (2011).</li>
<li>Xu, Q., Brown, E., Jaeger, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+dynamics+of+oxidized+liquid+metal+drops%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+E%22%5BJournal%5D)">Impact dynamics of oxidized liquid metal drops.</a> Phys. Rev. E. 87, (2013).</li>
<li>Peters, I. R., Xu, Q., Jaeger, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Splashing+onset+in+dense+suspension+droplets%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Splashing onset in dense suspension droplets.</a> Phys. Rev. Lett. 111, (2013).</li>
<li>Luu, L., Forterre, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Drop+impact+of+yield-stress+fluids%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Drop impact of yield-stress fluids.</a> J. Fluid Mech. 632, 301 (2009).</li>
<li>Xu, Q., Oudalov, N., Guo, Q., Jaeger, H., Brown, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+oxidation+on+the+mechanical+properties+of+liquid+gallium+and+eutectic+gallium-indium%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Fluids%22%5BJournal%5D)">Effect of oxidation on the mechanical properties of liquid gallium and eutectic gallium-indium.</a> Phys. Fluids. 24, (2012).</li>
<li>Turitsyn, K. S., Lai, L., Zhang, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Asymmetric+Disconnection+of+an+Underwater+Air+Bubble%3A+Persistent+Neck+Vibrations+Evolve+into+a+smooth+Contact%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Asymmetric Disconnection of an Underwater Air Bubble: Persistent Neck Vibrations Evolve into a smooth Contact.</a> Phys. Rev. Lett. 103, (2009).</li>
<li>Miskin, M. Z., Jaeger, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Droplet+Formation+and+Scaling+in+Dense+Suspensions%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Droplet Formation and Scaling in Dense Suspensions.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109, 4389-4394 (2012).</li>
<li>Royer, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Birth+and+growth+of+a+granular+jet%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+E%22%5BJournal%5D)">Birth and growth of a granular jet.</a> Phys. Rev. E. 78, (2008).</li>
<li>Paulsen, J. D., Burton, J. C., Nagel, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Viscous+to+Inertial+Crossover+in+Liquid+Drop+Coalescence%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Viscous to Inertial Crossover in Liquid Drop Coalescence.</a> Phys. Rev. Lett. 106, (2011).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Verschillende stappen zijn van cruciaal belang voor een goede uitvoering van de snelle beeldvorming. Ten eerste camera en de lens moet goed ingesteld en gekalibreerd. In het bijzonder om hoge ruimtelijke resolutie te krijgen, de reproductie van de lens moet dicht bij 01:01 gehouden. Dit is vooral belangrijk voor de visualisatie van dichte suspensies. Ook het diafragma moet zorgvuldig worden gekozen beeldvorming. Bijvoorbeeld, observatie van de kant in het algemeen vereist een langere scherptediepte, dus kleiner diafragm...

Drop effect op een vast oppervlak is een sleutelproces bij vele toepassingen waarbij elektronische fabricage 1, spray coating 2 en additieve productie met inkjet 3,4, waarbij een nauwkeurige controle van drop verspreiding en spatten gewenst. Echter, directe observatie van drop impact technisch uitdagend om twee redenen. Ten eerste is een ingewikkeld dynamisch proces dat plaatsvindt binnen een tijdsbestek te kort (~ 100 psec) gemakkelijk worden afgebeeld door conventionele beeldvormende systemen, zoals optische microscopen en spiegelreflexcamera&#39;s. Flitsfotografie blikje beeld De cursus van veel sneller, maar niet mogelijk voor continu opnemen, zoals vereist voor een gedetailleerde analyse van de evolutie in de tijd. Ten tweede kan de lengte-schaal veroorzaakt door botsing instabiliteiten zijn zo klein als 10 pm 5. Daarom, om kwantitatief onderzoek naar de invloed proces een systeem dat ultrasnelle beeldvorming combineert, samen met redelijk hoge ruimtelijke resolutie is vaakgewenst. Bij gebreke van een dergelijk systeem, vroege werk op druppel effect vooral gericht op de mondiale geometrische vervorming na botsing 6-8, maar was niet in staat om informatie over het vroege tijdstip, evenwichts processen die samenhangen met impact, verzamelen, zoals het ontstaan ​​van spatten. Recente ontwikkelingen in de CMOS hoge snelheid videografie van vloeistoffen 9,12 hebben de frame rate geschoven tot een miljoen fps en belichtingstijden beneden 1 msec. Bovendien kan nieuw ontwikkelde CCD beeldvorming van de frame rate te duwen ruim boven een miljoen fps 9-12. Ruimtelijke resolutie aan de andere kant, kan worden verhoogd tot de orde van 1 micrometer / pixel gebruik vergrootglazen 12. Als gevolg hiervan is het mogelijk geworden om te verkennen in ongekend detail de invloed van een breed scala van fysische parameters op verschillende stadia van drop impact en een systematische vergelijking experiment en theorie 5,13-16. Bijvoorbeeld, het klateren transitie in Newtoniaanse vloeistoffen was found door atmosferische druk 5 in te stellen, terwijl de intrinsieke reologie beslist de verspreiding dynamiek van de yield stress vloeistoffen 17. Hier een eenvoudige maar krachtige snel beeldvormende techniek wordt geïntroduceerd en toegepast om de impact dynamiek van twee soorten niet-Newtoniaanse vloeistoffen bestuderen: vloeibare metalen en dicht op elkaar gepakt schorsingen. Bij blootstelling aan lucht, in hoofdzaak alle vloeibare metalen (behalve kwik) zal ontwikkelen spontaan een oxidehuid op het oppervlak. Mechanisch, wordt de huid gevonden effectieve oppervlaktespanning en bevochtigend vermogen van de metalen 18 wijzigen. In een eerdere paper 15, een aantal van de auteurs bestudeerden de verspreiding proces kwantitatief en waren in staat om uit te leggen hoe het skin-effect beïnvloedt de impact dynamiek, met name de schaal van de maximale verspreiding radius met impact parameters. Aangezien vloeibaar metaal heeft een hoge oppervlakte reflectie, is een zorgvuldige aanpassing van de verlichting nodig is in de beeldvorming. Schorsingen van eenre uit kleine deeltjes in een vloeistof. Zelfs voor eenvoudige Newtoniaanse vloeistoffen, de toevoeging van deeltjes leidt tot niet-Newtons gedrag dat wordt vooral uitgesproken dichte suspensies, dwz bij hoge volumefractie van zwevende deeltjes. Vooral, het begin van spatten wanneer een schorsing druppel raakt een glad, hard oppervlak werd onderzocht in het eerdere werk 16. Zowel vloeistof-deeltjes en interacties tussen de deeltjes kan het spatten gedrag aanzienlijk veranderen van wat kan worden verwacht van eenvoudige vloeistoffen. Deeltjes zo klein als 80 urn in deze experimenten een hoge ruimtelijke resolutie nodig volgen. Een combinatie van verschillende technische eisen zoals hoge temporele en ruimtelijke resolutie, plus de mogelijkheid voor het observeren van de effecten, zowel van de zijkant en van onderen, kunnen allemaal tevreden zijn met de beeldvorming setup hier beschreven. Door het volgen van een standaard protocol, hierna beschreven, kan het effect dynamica invesden onderzocht, op een gecontroleerde manier, zoals expliciet getoond voor het verspreiden en opspattend gedrag.

<table><tbody><tr><td>Gallium-Indium Eutecticum</td><td>Sigma Aldrich</td><td>495425-25G</td><td></td></tr><tr><td>Zoutzuur&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>320331-2.5L</td><td></td></tr><tr><td>Zirconiumoxide</td><td>Glen Mills Inc.</td><td>7200</td><td></td></tr><tr><td>Phantom V12 en V7 Fast Camera</td><td>Vision Research</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>105 mm Micro-Nikon</td><td>Nikon</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>12 V / 200 W lichtbron</td><td>Dedolight</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Spuitpomp</td><td>Razel</td><td>MODEL R9-9E</td><td></td></tr></tbody></table>

snelle beeldvormende techniek om te studeren drop impact dynamiek van niet-newtoniaanse vloeistoffen

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

Op het gebied van stromingsleer, vele dynamische processen niet alleen voordoen over een zeer korte tijdsinterval, maar vereisen ook een hoge ruimtelijke resolutie voor gedetailleerde observatie, scenario&#39;s die het een uitdaging om te observeren met conventionele beeldvormende systemen. Een daarvan is de druppel effect van vloeistoffen, die gewoonlijk gebeurt binnen een tiende van milliseconde. Om deze uitdaging aan te pakken, is een snelle beeldvormende techniek geïntroduceerd die een high-speed camera (in staat tot een miljoen frames per seconde) combineert met een macrolens met lange werkafstand voor de ruimtelijke resolutie van het beeld omlaag tot 10 micrometer te brengen / pixel. De beeldvormende techniek maakt nauwkeurige meting van relevante fluïdum dynamische grootheden, zoals het stromingsveld, de strooibreedte en spatten snelheid van de analyse van de opgenomen video. Om de mogelijkheden van deze visualisatie systeem te demonstreren, de impact dynamiek als druppels van niet-Newtoniaanse vloeistoffen botsen op een vlakke harde ondergrond zijn het kenmerkgoedkeuring gegeven. Twee situaties worden beschouwd: voor geoxideerd vloeibaar metaal druppels richten we ons op de verspreiding gedrag, en voor de dicht op elkaar gepakte schorsingen wordt de aanvang van de spatten. Meer in het algemeen, de combinatie van een hoge temporele en ruimtelijke resolutie imaging hier geïntroduceerd biedt voordelen voor het bestuderen van snelle dynamiek in een breed scala van microschaal verschijnselen.

De snelle beeldvormende techniek kan worden gebruikt om te kwantificeren verspreiden en opspattend voor diverse scenario&#39;s het. Figuur 4 (a), bijvoorbeeld, toont typisch beeld gevolgen sequenties voor vloeibare eGain met verschillende oxidehuid sterkte. Door uitwerpen eGain van dezelfde mondstuk en op dezelfde valhoogte, druppeltjes met reproduceerbare botsingssnelheid V 0 = 1,02 ± 0,12 m / s en radius R 0 = 6,25 ± 0,10 mm werden geproduceerd. De linkerkolom toont de impact van...

Drop impact van niet-Newtoniaanse vloeistoffen is een complex proces aangezien verschillende fysische parameters beïnvloeden de dynamiek gedurende een zeer korte tijd (minder dan een tiende van een milliseconde). Een snelle beeldvormende techniek is geïntroduceerd om het effect gedrag van verschillende niet-Newtonse vloeistoffen karakteriseren.

Snelle beeldvormende techniek om te studeren Drop Impact Dynamiek van niet-Newtoniaanse vloeistoffen

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 ...

Het algemene doel van het volgende experiment is om de impactdynamiek van niet-Newtoniaanse druppels van vloeibare metalen en dichte granulaire suspensies te bestuderen met behulp van een snelle beeldvormingstechniek. Dit wordt bereikt door een installatie met een hogesnelheidscamera op te stellen om de instantane dynamiek te visualiseren wanneer druppels een oppervlak raken. Voer als tweede stap een reeks impactexperimenten met vloeibare metalen uit om informatie te verkrijgen over hoe de door oxidatie geïnduceerde oppervlakteelasticiteit de spreidingsstraal beïnvloedt.Voer vervolgens impactexperimenten uit met dichte suspensies om hun splash-onset en spreidingsdynamiek te onderzoeken. De resultaten laten zien dat verschillende vloeistofparameters, zoals de effectieve oppervlaktespanning, viscositeit, impactsnelheid en de diameter van de gesuspendeerde deeltjes, gezamenlijk de impactdynamiek van niet-Newtoniaanse druppels bepalen. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen in het veld van dichte suspensies, zoals wanneer het gedrag van een systeem kan worden beschreven aan de hand van de globale eigenschappen of wanneer individuele deeltjes in overweging moeten wo

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Een nieuwe microfluïdische systeem is ontwikkeld met behulp van het fenomeen van de passieve pompen en een door de gebruiker gecontroleerd vloeistof aflevering systeem. Dit microfluïdische systeem heeft de potentie om te worden gebruikt in een breed scala van biologische toepassingen, gezien de lage kosten, gebruiksgemak, volumetrische precisie, hoge snelheid, herhaalbaarheid en automatisering.

High Speed ​​Droplet-based Delivery System voor Passive Pompen in microfluïdische apparaten

Confocale microscopie wordt gebruikt om beelden rustige en vloeiende colloïd-polymeer mengsels die worden bestudeerd als modelsystemen voor aantrekkelijke schorsingen. Beeldanalyse algoritmen worden gebruikt om structurele en dynamische parameters voor de colloïdale deeltjes die veranderingen vanwege geometrische opsluiting meten berekenen.

Confocale beeldvorming van Confined Quiescent en Vloeiende colloïd-polymeermengsels

Twee experimentele apparaten voor het onderzoeken van vloeibare straalophanging op een snel bewegend oppervlak worden beschreven: een luchtkanonapparaat en een roterend schijfapparaat. De apparaten worden gebruikt om optimale benaderingen te bepalen voor het aanbrengen van vloeibare wrijvingsmodifier (LFM) op spoorrails voor wrijvingscontrole bovenop de rail.

Visualisatie van High Speed ​​Liquid Jet Impactie op een bewegend oppervlak

Een protocol bij het bestuderen van de bijdragen van de golven voor druppel effect dynamiek op stromende vloeistof films wordt gepresenteerd.

Controle van de film te bestuderen van de bijdragen van golven te druppel effect dynamiek op dunne stroomt vloeistof Films

Dit protocol blijkt de experimentele basisconfiguratie voor water binnenkomst experimenten met crashende bollen. Methoden voor het ombouwen van vloeistofoppervlak met stoffen penetrable, de voorbereiding van chemisch niet-bevochtiging bollen en stappen voor splash-visualisatie en data-extractie worden besproken.

Effecten van crashende bollen op een diep vloeibare zwembad met gewijzigde vloeistof en botslichaam oppervlakte voorwaarden

Dit protocol maakt het mogelijk om experimentele high-speed beelden van vloeibare druppeleffecten en een snelle analyse van deze gegevens in batches efficiënt te verzamelen. Om deze processen te stroomlijnen, beschrijft de methode hoe u apparaten kalibreert en instelt, een geschikte gegevensstructuur genereert en een script voor beeldanalyse implementeert.

Hoge doorvoeranalyse van effecten op vloeibare druppeleffecten

Hier wordt een protocol gepresenteerd voor de productie van op glas gebaseerde microfluïdische apparaten die worden gebruikt voor het genereren van zeer monodisperse emulsies met gecontroleerde druppelgrootte.

Op glas gebaseerde apparaten om druppels en emulsies te genereren

Dit artikel demonstreert de experimentele procedure voor het meten van eindbezinksnelheden van bolvormige deeltjes in op oppervlakteactieve stoffen gebaseerde afschuifverdunnende visco-elastische vloeistoffen. Vloeistoffen over een breed scala aan reologische eigenschappen worden voorbereid en bezinksnelheden worden gemeten voor een reeks deeltjesgroottes in niet-gebonden vloeistoffen en vloeistoffen tussen parallelle wanden.

Experimentele meting van de bezinksnelheid van bolvormige deeltjes in ongeconfinieerde en beperkte op oppervlakteactieve stoffen gebaseerde afschuifverdunning visco-elastische vloeistoffen

Er wordt een methode beschreven voor het permanent verlijmen van twee siliciumwafels om een uniforme behuizing te realiseren. Dit omvat wafervoorbereiding, reiniging, RT-hechting en gloeiprocessen. De resulterende gebonden wafers (cellen) hebben uniformiteit van de behuizing ~1%1,2. De resulterende geometrie maakt metingen van beperkte vloeistoffen en gassen mogelijk.

Fabricage van uniforme nanoschaalholtes via Silicon Direct Wafer Bonding

Wij presenteren een techniek voor lage snelheid bereiken intermediaire snelheid botsingen tussen fragiele stof aggregaten in het laboratorium. Daartoe zijn twee vacuümdaaltijd-toren opstellingen ontwikkeld waarmee botsing snelheden tussen &lt;0,01 en ~ 10 m / sec. De botsing gebeurtenissen worden geregistreerd door high-speed imaging.

Laboratorium Drop Towers voor de Experimentele Simulatie van Dust-aggregaat Botsingen in de vroege zonnestelsel

Leer de impactdynamiek van niet-Newtoniaanse vloeistoffen bestuderen met behulp van snelle beeldvorming. Deze methode onthult hoe oppervlakte-elastisch gedrag en viscositeit de verspreiding van druppels beïnvloeden.

Snelle beeldvormende techniek om te studeren Drop Impact Dynamiek van niet-Newtoniaanse vloeistoffen

Meer video's verkennen