Name: Controle van de film te bestuderen van de bijdragen van golven te druppel effect dynamiek op dunne stroomt vloeistof Films (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-18T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 8 s
Description: Leer hoe golven bijdragen aan druppelimpactdynamiek op dunne stromende vloeistoffilms met dit protocol. De methode maakt gedetailleerde analyse van snelle tijdschaalfenomenen mogelijk voor vloeistofdynamica-onderzoek.

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

Dit werk werd gesponsord door het Fonds van de ontwikkeling van Petroleum-technologie, (PTDF, Nigeria) en de Engineering en Physical Sciences Research Council, Verenigd Koninkrijk, via het programma subsidie MEMPHIS (subsidie nummer EP/K003976/1). De auteurs waarderen ook vruchtbare gesprekken met Dr. Zhizhao Che.

1. experimentele Rig Setup
Opmerking: Zie Figuur 1.
<ol><li>
Dalende film eenheid
	<ol>
<li>Begin met het reinigen van het oppervlak van het substraat (glas) met een schone, zachte doek. Waarborgen geen vuil is het oppervlak, die de vloeibare eigenschappen zou veranderen.</li>
		<li>De spil van het glas-substraat ingesteld op de gewenste Knikhoek. Een Knikhoek, β, van 15˚ werd gebruikt in dit werk.</li>
		<li>Zet de elektrische pomp en een normale vloeibare stroom op het oppervlak van de film verder schoon het glas-substraat te zorgen. Voor dit werk werd de test vloeistof gedeïoniseerd water.</li>
		<li>Zorg ervoor het gehele oppervlak van het substraat wordt bevochtigd.</li>
		<li>Meet de stroomsnelheid van de film met behulp van de flowmeter. Voor dit werk, was het debiet varieerde tussen de 1.667 x 10-3 en 10 x 10-3 m3/s met de bijbehorende film Reynolds getal, Re = ρq/wµ, variërend tussen 55,5 en 333. w is de dalende film breedte 0,30 m.</li>
		<li>Geleidelijk aanpassen de kleppen op de verbinding van de stroom met het verkrijgen van het gewenste debiet op het glas-substraat.</li>
		<li>Pas de set micrometer stap bij de inlaat van de film de overeenkomende Nusselt film dikte waarde voor het gekozen debiet, om te voorkomen dat een hydraulische springen bij de inlaat van de film of een terugvoer van lucht in de kamer van de distributie.</li>
		<li>Handmatig sifon alle lucht in de kamer van de distributie te verkrijgen van een uniforme stroming stroomafwaarts op het oppervlak van de film.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Film regeleenheid
	<ol>
<li>Zorg ervoor dat de functiegenerator is verbonden met de magneetklep via een niet-arrêtering relais via een data-acquisitie kaart (DAC).</li>
		<li>Schakel de solenoïde ventiel voor zowel de functiegenerator.</li>
		<li>Stel de functiegenerator op de gewenste dwingen frequentie. In dit werk, werden frequenties van 2 en 3 Hz gebruikt.</li>
		<li>Kies het gewenste wave signaal (sinusgolf, zaagtandgolf, blokgolf, enz.). In dit werk werd een sinusvormige signaal gebruikt. Figuur 2A en 2B Toon het contrast tussen een ongecontroleerde film en een gecontroleerde film.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Druppel-generatiesysteem
	<ol>
<li>Een schone kunststof buis hechten aan een water gevulde spuit.</li>
		<li>Plaats de injectiespuit in de droplet-generator.</li>
		<li>Brengt een spuit-naald van een gekozen omvang (afhankelijk van de gewenste druppel-diameter) aan het andere uiteinde van de plastic buizen. De druppel diameter bereik studeerde was tussen 0.0023 te 0.0044 m.</li>
		<li>Pas de valhoogte van de druppel boven het oppervlak van de film. In dit werk, was de daling van de valhoogte varieerde van 0,005 tot 0,45 m, geven botssnelheid tussen 0,30 ± 0,02 - 2.96 ± 0.06 m/s.</li>
		<li>Ook het punt van de streamwise invloed van de daling van de inlaat van de film instellen. Dit werd ingesteld op 0,3 m in dit werk om ervoor te zorgen dat de golven zijn goed gevormde voorafgaand aan de gevolgen.</li>
		<li>Stel een gewenste debiet voor de spuitpomp.</li>
		<li>Aanpassen van het debiet te bereiken een druppel generatie frequentie groter is dan de golflengte van de golven gevormd op het oppervlak van de film; om ervoor te zorgen dat druppels openluchtrecreatieactiviteiten achtereenvolgens in verschillende regio's van de gecontroleerde film. Zie figuur 2C; met een uitbreiding van een enkelvoud golfvorm in figuur 2D om te laten zien van de verschillen in het profiel van de stroom onder elke regio19,20.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Snelle beeldvorming setup
	<ol>
<li>Plaats de camera op een statief staan (of een andere geschikte regeling).</li>
		<li>Selecteer de macro-lens met gewenste brandpuntsafstand en sluit deze aan op de camera.</li>
		<li>Zet de high-speed camera en zorgen voor directe focus op het oppervlak van de film. Hiermee lijnt u de camera op 7˚ en 12˚ horizontale en verticale afwijkingen respectievelijk aan de oppervlakte van de film. Dit geeft een uitstekende zijaanzicht beeld van de gevolgen-proces, wat resulteert in een resolutie van 67.5 µm/pixel en 46.6 µm/pixel in de richtingen zoals streamwise en spanwise, respectievelijk.</li>
		<li>Pas de focus van de camera-lens (bij de grootste opening) met behulp van een kalibratie-item geplaatst precies op de druppel effect ter plaatse.</li>
		<li>Als u een scherpe focus hebt verkregen, verminderen het diafragma om ervoor te zorgen dat slechts een kleine hoeveelheid licht binnenkomt de camera.</li>
		<li>Stel de gewenste framesnelheid, resolutie en sluitertijd van de high-speed camera. Een framesnelheid van 5000 bps, 800 x 600 resolutie, diafragma grootte 1/16 en een sluitertijd van 1 µs werden gebruikt in dit werk.</li>
		<li>Plaats de lichte diffusor voor de lichtbron, zoals aangegeven in Figuur 1 c, om ervoor te zorgen dat het licht gelijkmatig wordt verspreid in de hele regio imaging.</li>
		<li>Zet de lichtbron te bevestigen de uniforme verspreiding van licht over het imaginggebied.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. kalibratie
Opmerking: Zie Figuur 3.
<ol><li>Plaats een liniaal in de stroomrichting van de film (precies op de plek van impact) en het verkrijgen van momentopnamen van de gemeten punten op het oppervlak van de film.</li>
	<li>Herhaal 2.1 maar met de liniaal in de spanwise richting.</li>
	<li>Gebruik het bovenstaande te verkrijgen van de ruimtelijke resoluties over het oppervlak van de film.</li>
</ol>3. video-opname en Data-acquisitie
<ol><li>Zodra de stroom van de film is gevestigd op het tuig, start de spuitpomp en observeren van de impact van de druipende druppels op het oppervlak van de film.</li>
	<li>Start van de functiegenerator en observeren van de productie van spatiotemporally regelmatige golven op het oppervlak van de film.</li>
	<li>Zorgen voor opeenvolgende druppels zijn invloed op de verschillende regio's van het oppervlak van de gecontroleerde film.</li>
	<li>Observeren de post triggering frame nummer en zet deze voor ongeveer de helft van de lengte van de video de gevolgen adequaat te vangen.</li>
	<li>Zet de lichtbron en trigger het vastleggen van het beeld zodra een invloed gebeurt.</li>
	<li>Stroom uit de lichtbron zodra vastleggen van het beeld voltooid is om oververhitting van de vloeibare film.</li>
	<li>Visueel analyseren de verkregen momentopname op het computerscherm. Controleren om te controleren of het effect is opgetreden op een van de vlakke film, capillaire Golf, of Golf bult regio's.</li>
	<li>Trim bepaald de video aan het gedeelte waarin de effect-proces en het frame bereik opslaan in een video/beeldformaat.</li>
	<li>Herhaal 3.5-3.8 en record individuele gevolgen voor alle regio's op het oppervlak van de film, viz. eenzame bult, capillaire golven en vlakke film.</li>
</ol>4. beeld na verwerking en analyse
<ol><li>Plaats een liniaal in het gezichtsveld en de ruimtelijke resolutie berekenen door te tellen hoeveel pixels passen over 1 cm. de kalibratie-afbeelding gebruiken, krijgen een schaalfactor voor meting van de dimensie van de afbeelding.</li>
	<li>Vergelijk de resultaten van het proces van de impact op de gevolgen van de verschillende regio's van de snelle beelden. Controleer opmerkelijke verschillen.</li>
	<li>Met behulp van een geschikte MATLAB-beeldverwerking routine, het meten van de functies van de kenmerken van het product van het proces van het effect: namelijk de spatten modus meten de kroon, hoogte, diameter, wanddikte, overhellen hoek, kroon-gerichte richting, aantal en de grootte distributie van uitgeworpen secundaire druppels.</li>
	<li>Vergelijkbare kwantitatieve analyses uitvoeren als 4.3 hierboven voor de effecten van lage-Weber. Graaf de snuifje-off tijd van satelliet drops vanaf de tijd-framed beelden en meten van de apex lengte en breedte van de kolom gevormd in gedeeltelijke samenvoeging voordat snuifje-off van secundaire druppels. De grootte van uitgeworpen secundaire druppels te meten. Het aantal trapsgewijze in een herhaalde snuifje-off proces.</li>
	<li>Observeer alle kwalitatieve verschillen per regio.</li>
</ol>

<ol><li>Yarin, A. L. <a target="_blank" href="https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.fluid.38.050304.092144">Drop impact dynamics: Splashing, spreading, receding, bouncing….</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 38, 159-192 (2006).</li>
<li>Rein, M. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1016/0169-5983(93)90106-K/meta">Phenomena of liquid drop impact on solid and liquid surfaces.</a> Fluid Dynamics Research. 12 (2), 61-93 (1993).</li>
<li>Liang, G., Mudawar, I. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931016304136">Review of mass and momentum interactions during drop impact on a liquid film.</a> International Journal of Heat and Mass Transfer. 101, 577-599 (2016).</li>
<li>Dam, D. B., Le Clerc, C. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.1773551">Experimental study of the impact of an ink-jet printed droplet on a solid substrate.</a> Physics of Fluids. 16 (9), 3403-3414 (2004).</li>
<li>Worthington, A. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWorthington%2C+AM+%22A+study+of+splashes%22">A study of splashes</a>. , Longmans, Green, and Company. (1908).</li>
<li>Edgerton, H. E., Killian, J. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aEdgerton%2C+HE+%22Flash%21+Seeing+the+unseen+by+ultra-high-speed+photography%22">Flash! Seeing the unseen by ultra-high-speed photography</a>. , CT Branford Co. (1954).</li>
<li>Josserand, C., Thoroddsen, S. T. <a target="_blank" href="https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev-fluid-122414-034401">Drop impact on a solid surface.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 48, 365-391 (2016).</li>
<li>Kolinski, J. M., Mahadevan, L., Rubinstein, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lift-off+instability+during+the+impact+of+a+drop+on+a+solid+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Lift-off instability during the impact of a drop on a solid surface.</a> Physical Review Letters. 112 (13), 134501(2014).</li>
<li>Hobbs, P. V., Osheroff, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Splashing+of+drops+on+shallow+liquids%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Splashing of drops on shallow liquids.</a> Science. 158 (3805), 1184-1186 (1967).</li>
<li>Adomeit, P., Renz, U. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301932299000798">Hydrodynamics of three-dimensional waves in laminar falling films.</a> International Journal of Multiphase Flow. 26 (7), 1183-1208 (2000).</li>
<li>Blanchette, F., Bigioni, T. P. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/dynamics-of-drop-coalescence-at-fluid-interfaces/B66DFE98A0DC1B74FB892E614A503B39">Dynamics of drop coalescence at fluid interfaces.</a> Journal of Fluid Mechanics. 620, 333-352 (2009).</li>
<li>Wang, A. B., Chen, C. C. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1287511">Splashing impact of a single drop onto very thin liquid films.</a> Physics of Fluids. 12 (9), 2155-2158 (2000).</li>
<li>Che, Z., Deygas, A., Matar, O. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+droplets+on+inclined+flowing+liquid+films%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Impact of droplets on inclined flowing liquid films.</a> Physical Review E. 92 (2), 023032(2015).</li>
<li>Craster, R. V., Matar, O. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+and+stability+of+thin+liquid+films%5BTitle%5D)+AND+%22Reviews+of+Modern+Physics%22%5BJournal%5D)">Dynamics and stability of thin liquid films.</a> Reviews of Modern Physics. 81 (3), 1131(2009).</li>
<li>Adebayo, I. T., Matar, O. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Droplet+impact+on+flowing+liquid+films+with+inlet+forcing%3A+the+splashing+regime%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Droplet impact on flowing liquid films with inlet forcing: the splashing regime.</a> Soft Matter. 13 (41), 7473-7485 (2017).</li>
<li>Chang, H. H., Demekhin, E. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aChang%2C+HH+%22Complex+wave+dynamics+on+thin+films%22">Complex wave dynamics on thin films</a>. 14, Elsevier. (2002).</li>
<li>Liu, J., Gollub, J. P. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.868232">Solitary wave dynamics of film flows.</a> Physics of Fluids. 6 (5), 1702-1712 (1994).</li>
<li>Benjamin, T. B. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/services/aop-cambridge-core/content/view/S0022112057000373">Wave formation in laminar flow down an inclined plane.</a> Journal of Fluid Mechanics. 2 (6), 554-573 (1957).</li>
<li>Kalliadasis, S., Ruyer-Quil, C., Scheid, B., Velarde, M. G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKalliadasis%2C+S+%22Falling+liquid+films%22">Falling liquid films</a>. 176, Springer Science & Business Media. (2011).</li>
<li>Adebayo, I., Xie, Z., Che, Z., Matar, O. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Doubly+excited+pulse+waves+on+thin+liquid+films+flowing+down+an+inclined+plane%3A+An+experimental+and+numerical+study%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Doubly excited pulse waves on thin liquid films flowing down an inclined plane: An experimental and numerical study.</a> Physical Review E. 96 (1), 013118(2017).</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+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Asymmetric Disconnection of an Underwater Air Bubble: Persistent Neck Vibrations Evolve into a smooth Contact.</a> Physical Review Letters. 103, 124501(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+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Droplet Formation and Scaling in Dense Suspensions.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109, 4389-4394 (2012).</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+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Viscous to Inertial Crossover in Liquid Drop Coalescence.</a> Physical Review Letters. 103, 114501(2011).</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+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Birth and growth of a granular jet.</a> Physical Review E. 78, 011305(2008).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te verklaren.

In deze sectie geven we een paar tips nodig om kwalitatieve resultaten worden verkregen van het protocol. Ten eerste, het glas-substraat waarop de vloeibare film stromen moet volledig vuil-vrij om de eigenschappen van de vloeibare film compromisloze bewaard. Dit is haalbaar door regelmatig schoonmaken (waarschijnlijk met behulp van een geschikt wasmiddel, en afgeveegd over een lade te vermijden ontbinding in het systeem). Ook moet er een regelmatige vervanging van de hele test-vloeistof na enkele experimentele rondes, te garanderen nauwkeurige resultaten.
Ten tweede, de vloeistof-verdeling-kamer moet goed ingeschakelde en ook gehouden om ervoor te zorgen de uitstromende vloeistof film uniforme luchtdichte. Dit kan gebeuren door de lucht uit de doos distributie voor elk experiment handmatig te spoelen. Het gebruik van micrometer-stappen bij de inlaat van de film is ook geadviseerd om de kloof-hoogte instellen bij de inlaat van de film naar de exacte laagdikte voorspeld door de Nusselt raming van de stroom van de film op de overeenkomstige Reynolds-nummer. Hierdoor zal een hydraulische sprong of terugvoer bij de inlaat.
De werking van de magneetklep moet ook altijd worden gecontroleerd en goed vastgesteld. Dit komt omdat een passende pulsatie van de stroom nodig is om de productie van de gedwongen golven. Dit kan worden gecontroleerd van de regelmatige klikkend geluid van de magneetklep evenals een waargenomen pulsatie langs de verbinding buizen. Het vloeibare debiet in de spuitpomp moet ook zorgvuldig worden ingesteld om ervoor te zorgen dat de druppels in een druipende wijze, het vermijden van eventuele pre versnelling voordat hij zijn weggestuurd.
Juiste kalibratie van de high-speed camera moet worden gewaarborgd om zeer nauwkeurige resultaten te verkrijgen. De grootte van het diafragma moet ook zorgvuldig keuze rekening worden parameters, zoals de diepte van veld, de blootstellingstijd en de algehele helderheid van de afbeelding. Voor de camera triggering tijdens video-opname, zijn gebruikers ook verplicht om te schatten hoeveel frames moeten worden geregistreerd voordat triggering. Dit kan variëren met individuen, afhankelijk van de inwerktijd van de daling, vandaar, verschillende proef tests voor het beoefenen van vóór de feitelijke metingen worden aanbevolen. De lichtbron moet ook goed ingerichte en goed diffuus om te minimaliseren van schaduwen in de afbeelding.
Het is belangrijk om de opmerking en vergeet niet dat de belangrijkste focus van de studie de bijdragen van de golven op de dynamiek van de gevolgen van de vallende druppels is, vandaar de vorming van regelmatige Golf structuren is essentieel voor een nauwkeurig onderzoek van de onderliggende fysica. In scenario's waar de Golf structuren te snel overgang naar driedimensionale structuren worden waargenomen, is het aangeraden dat de Knikhoek substraat verlaagd14,,19 worden ter vergemakkelijking van een langzamer overgang van de structuren van de Golf .
Een beperking van de techniek wordt waargenomen in de afwezigheid van een meettoestel opgeven van de werkelijke momentane laagdikte op elk gebied van impact. Dit zou hebben verschaft aanvullende gegevens over de totale waargenomen verschijnselen.
Kortom, kan de procedure die in dit verslag ook worden gebruikt om te studeren van de dynamiek van de evolutie van de eenvoudige Golf, terwijl de snelle imaging systeem beschreven kan worden toegepast op vele onderzoeksterreinen met een snelle dynamiek zoals vloeibare drop uiteenvallen21, 22/coalescence23, granulaire jets24, enz waar belangrijke fenomenen worden waargenomen bij een micro tijdschaal.

Druppel effect is een zeer gemeenschappelijk fenomeen in de natuur en trekt de aandacht van ieder nieuwsgierig waarnemer1. Het vormt een actief onderzoeksgebied als gevolg van de talrijke toepassingen met inbegrip van de spray-koeling, brand-onderdrukking, inkjet-afdrukken, spray-coating, afzetting van soldeer bultjes op printplaten, het ontwerp van motoren met inwendige verbranding, oppervlak reinigen en cel-afdrukken2. De toepassing ervan strekt zich ook uit tot landbouw, bijvoorbeeld, beregening, irrigatie en gewas spuiten3,4. Baanbrekende werk dateert van de 19e eeuw, met het werk van Worthington5, terwijl grote vooruitgang slechts onlangs door de opkomst van high-speed imaging6 geboekt. Sindsdien zijn verschillende studies verricht; met behulp van verschillende soorten gevolgen oppervlakken variërend van vaste stoffen7,8, ondiepe,9 en diep vloeibare zwembaden10,11 tot en met dunne lagen12,13.
Echter, ondanks de grote hoeveelheid onderzoek over druppel effect op vloeibare oppervlakken (dat wil zeggen, ondiepe en diepe zwembaden en rustige films), invloed op vloeiende dunne vloeibare lagen heeft niet zoveel aandacht gekregen. Daarnaast hebben studies tot nu toe, de bijdragen van ruimtelijke structuren van golven tot druppel effect dynamiek verwaarloosd.
In dit verslag stellen we een experimentele procedure om te onderzoeken het proces invloed druppel op vloeiende films waarvan dynamiek worden beïnvloed door de inlaat-dwingt van het vloeibare debiet; hieronder verwijzen we naar hen als 'gecontroleerd' films. Wij vinden dat deze hebben talrijke toepassingen in multifase industrieën (bijvoorbeeld in de koeling torens, in kolommen distillatie, en ook in het ringvormige flow regime waargenomen in twee fasen stromen), vooral naarmate film controle is een belangrijke stap in de intensivering van de warmte- en massaoverdracht in vele proces industrieën14. De geïnteresseerde lezer wordt verwezen naar onze eerdere werk15 voor meer informatie over de resultaten van onze onderzoeksinspanningen op dit.
Deze toepassing van frequentie trillingen van het debiet van de inlaat resulteert in de vorming van gewone golven op het oppervlak van de film. We richten op de eenzame Golf-familie, die in wezen wordt gekenmerkt door smalle pieken wijd gescheiden en wordt voorafgegaan door een reeks van front-running capillaire golven16,17,18. We bestuderen de uitkomst van de effecten die zijn gekoppeld aan de drie hoofdonderdelen van de eenzame golf structuur: de 'platte film', 'de bult van de Golf' en front-running 'capillaire wave' regio's. We ook contrast deze resultaten met degene die gekoppeld zijn met ongecontroleerde vloeiende films. Onze resultaten tonen aan dat de stochastische aard van Golf verschijning op de ongecontroleerde film, sterk van invloed is op de uitkomst van druppel effect, met de afzonderlijke regio's van de gecontroleerde film toont ook nieuwe mechanismen, die wij hebben gedetailleerde zowel kwalitatief en kwantitatief.
In de eerdere papier15, studeerde volgens dezelfde procedure, we het effect van film controle op druppel effect dynamiek in het spetterend regime. De verkregen resultaten toonden zowel kwantitatieve als kwalitatieve verschillen in de morfologie van de kroon (hoogte, diameter, wanddikte, tilt hoek en richting) alsmede de verdeling van het aantal en de grootte van de uitgeworpen secundaire druppels.
In dit verslag beschrijven we de ontworpen set-up om te begrijpen de kritieke rol van deze ruimtelijke structuren in de druppel effect dynamiek en ook aanwezig beknopte details van onze bevindingen niet alleen in het spetterend regime, maar ook voor andere uitkomsten van druppel gevolgen (namelijk bouncing, glijden, gedeeltelijke/totaal samenvoeging). Door het volgen van het standaardprotocol die hieronder worden beschreven, kan het effect van film besturingselement op de druppel effect dynamiek op een reproduceerbare wijze worden bestudeerd.

<table><tbody><tr><td>Function generator</td><td>GW INSTEK</td><td>AFG 2005 Series, Digital. Geo0852266</td><td>Produceert een gevarieerd type golfsignalen, variërend van sinus, vierkant tot zaagtandgolf bij verschillende frequenties (0,1 Hz - 5 MHz).</td></tr><tr><td>Spuitpomp</td><td>Braintree Scientific Inc.</td><td>Bs-8000 /225540</td><td></td></tr><tr><td>Solenoïdventiel</td><td>SMC-VXD</td><td>2142A. 0AE-5001</td><td>Serie-piloot-gestuurd-twee-poorts</td></tr><tr><td>Relais</td><td>Takamisara</td><td>A5W-K. 154424C-03L</td><td></td></tr><tr><td>Elektrische pomp</td><td>Clarke SP</td><td>SPE1200SS 1</td><td></td></tr><tr><td>Debijhouder</td><td>RS Component</td><td>CYNERGY3 UF25B 14011600040110</td><td>Meetbereik: 0,2-25 L/min</td></tr><tr><td>Micrometertrap</td><td>RS Component</td><td>Micrometer Head</td><td>0,01 mm/0 -13 mm</td></tr><tr><td>Hogesnelheidscamera</td><td>Olympus</td><td>I-SPEED 3.</td><td>In staat om op te nemen met maximaal 100.000 frames per seconde.</td></tr><tr><td>Lichtbron</td><td>TLC Electrical supplies</td><td>IP54 -zwart</td><td>Dubbel omsloten halogeenschijnwerper. Nominaal vermogen 500 W.</td></tr><tr><td>Lichtdiffusor</td><td>OptiGraphix</td><td>DFPMET</td><td>250 &mu;m dikte</td></tr><tr><td>Glazen substraat</td><td>Instrument Glasses Ltd</td><td>Soda Lime Float Glass; 570 mm x 300 mm x 4 mm</td><td>Vlakheidstolerantie 0,02/0,04.</td></tr><tr><td>Macrolenzen</td><td>(a) Nikon (b) Sigma</td><td>(a) AF-Micro-Nikkor 60 mm f/2.8 D (b) 105 mm f/2.8 Macro-Ex</td><td></td></tr><tr><td>Testvloeistof</td><td>De-geïoniseerd water uit het Imperial College Analytical Lab.</td><td>Standaardoplossing (AnalaR)</td><td></td></tr></tbody></table>

controle van de film te bestuderen van de bijdragen van golven te druppel effect dynamiek op dunne stroomt vloeistof films

Film Control to Study Contributions of Waves to Droplet Impact Dynamics on Thin Flowing Liquid Films

Druppel effect is een zeer gemeenschappelijk fenomeen in de natuur en trekt de aandacht door zijn esthetische fascinatie en brede toepassingen. Eerdere studies op stromende vloeistof films hebben verzuimd de bijdragen van ruimtelijke structuren van golven aan de uitkomst van de gevolgen, terwijl dit heeft onlangs aangetoond dat een aanzienlijke invloed hebben op de druppel effect dynamiek. In dit verslag duidelijk naar voren komt een stapsgewijze procedure voor het onderzoek naar het effect van periodieke inlaat dwingen van een stromende vloeistof film leidt tot de productie van spatiotemporally regelmatige Golf structuren op druppel effect dynamiek. Een functiegenerator in verband met een magneetventiel wordt gebruikt voor het opwekken van deze structuren spatiotemporally regelmatige Golf op het oppervlak van de film terwijl de dynamiek van de gevolgen van uniform en middelgrote druppels zijn vastgelegd met een high-speed camera. Drie verschillende regio's worden vervolgens bestudeerd; namelijk de capillaire Golf regio voorafgaand aan de grote golf piek, de platte film-regio en de Golf bult regio. De gevolgen van belangrijke dimensieloze grootheden zoals film Reynolds, drop Weber en Ohnesorge nummers geparametriseerde door de film debiet, daling snelheid en druppel grootte worden ook onderzocht. Onze resultaten tonen aan interessante, tot dusver onontdekte dynamics teweeggebracht door deze applicatie film inlaat af te dwingen van de vloeiende film voor zowel lage als hoge traagheid druppels.

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

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous ...

Deze methode kan ons helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op de gebieden van stromende vloeistoffilms, dunne films, druppelimpact.We dwalen af naar de evolutiedynamiek van golven.Ze breken op door het samenvloeien van druppels en ze graven ook vergrendelingen in.Dus de belangrijkste voordelen van deze techniek is dat het ons een mogelijkheid biedt om zeer grondig fenomenen op korte tijdschalen te bestuderen.Om de procedure te beginnen, maak het platte glazen substraat schoon met de zachte doek zodat alle vuil en deeltjes uit het oppervlak van het substraat worden verwijderd.Stel de draaipunt van het substraat in op de gewenste hellingshoek.Vul het reservoir met de testvloeistof, zoals gedeïoniseerd water.Start de vloeistofpomp en controleer of de vloeistof normaal over het hele substraatoppervlak stroomt.Controleer de snelheidsmeter op het debietmeter en pas geleidelijk de directe stroomklep aan om het gewenste debiet te bereiken.Pas vervolgens het mes uiteinde van de verdeelkamer aan om de opening hoogte aan het filmhoofd in te stellen op de precieze getipte filmdikte waarde voor het debiet.Siphoneer handmatig de lucht uit de verdeelkamer om een normale, uniforme vloeistofstroom over het hele substraat te garanderen.Bevestig vervolgens dat de functiegenerator is aangesloten op de magneetklep in de vloeistofstroompad via een niet-vasthoudende relais.Zet vervolgens de functiegenerator en de magneetklep aan.Stel de functiegenerator in op de gewenste aandrijffrequentie en golfvorm.Vul vervolgens een spuit met de gewenste testvloeistof, zoals gedeïoniseerd water.Verbind schone plastic buizen in de spuit en monteer de spuit in de druppelgeneratorassemblage.Verbind de naald van de gewenste diameter met het andere uiteinde van de plastic buis met behulp van papiertape.Monteer de buis en de spuit in de assemblage.Pas de naaldpositie aan om de gewenste valhoogte en stroomafwaartse impactpunt afstand van de filminlaat te bereiken.Start de spuitpomp en pas de stroomsnelheid aan zodat druppels water uit de naald op de film druppelen zonder enige detecteerbare voorversnelling.Ga door met het aanpassen van de stroomsnelheid om een druppelgeneratiefrequentie te bereiken die overeenkomt met de golflengte van de golven op het oppervlak van de film, wat ervoor zorgt dat druppels op verschillende delen van de film vallen.Plaats lichtdiffusoren voor de lichtbronnen en zet het licht aan.Bevestig dat het beeldgebied uniform verlicht is en zet vervolgens het licht uit.Schakel vervolgens de functiegenerator en de druppelgenerator uit.Monteer een hogesnelheidscamera op een statief.Pas de camera aan met een macrolens met de gewenste brandpuntsafstand en zet de camera aan.Richt de camera op het filmoppervlak met een 7

film-control-to-study-contributions-waves-to-droplet-impact-dynamics

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

In deze video beschrijven we eerst de fabricage en de werking procedures van een surface acoustic wave (SAW) akoestische tegenstroom apparaat. Vervolgens tonen een experimentele situatie dat zowel stromingsvisualisatie kwalitatieve en kwantitatieve analyse van complexe stromen binnen de SAW pompinrichting.

Fabricage, bediening en Flow Visualization in Surface-akoestische-wave-driven Acoustic-tegenstroom Microfluidics

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

Het protocol voor de fabricage en werking van velddewetende apparaten (Field-DW) wordt beschreven, evenals de voorlopige studies van de effecten van elektrische velden op druppelinhouden.

Profiterend van Reduced Droplet-oppervlak interactie aan Transport van Bioanalytes Optimaliseer in Digital Microfluidics

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 experimenteel toegankelijk analoge methode voor de studie van moleculaire hydrodynamische processen in dichte vloeistoffen wordt gepresenteerd. De techniek maakt gebruik van particle image velocimetry universele, hoge-restitutie graan palen en kunt direct, macroscopische observatie van dynamische processen bekend en voorspelde bestaan in sterk interactie, hoge dichtheid gassen en vloeistoffen.

Een analoge macroscopische techniek voor de studie van moleculaire hydrodynamische processen in dichte gassen en vloeistoffen

Twee verschillende methoden voor het karakteriseren van de motie van de beginnende deeltje van een enkele kraal als een functie van de geometrie van het sediment bed van laminaire naar een turbulente stroming worden gepresenteerd.

Visueel gebaseerd karakterisering van de beginnende Particle beweging in regelmatige substraten: van laminaire turbulente omstandigheden

De hier beschreven techniek biedt een goedkope en relatief eenvoudige methode om tegelijkertijd deeltje kinematica en turbulentie in stromen met lage deeltje concentraties. De turbulentie is gemeten met behulp van de particle image velocimetry (PIV) en deeltje kinematica zijn berekend uit de beelden verkregen met een high-speed camera in een overlappende veld-of-view.

Gelijktijdige meting van turbulentie en Particle Kinematics met behulp van stroom beeldvormende technieken

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

Het protocol beoogt de interactie tussen druppeltjes en Super-hydrofobe substraten in de lucht te onderzoeken. Dit omvat het kalibreren van het meetsysteem en het meten van de interactie kracht bij Super-hydrofobe substraten met verschillende raster fracties.

Het meten van de interactie kracht tussen een druppel en een super-hydrofobe substraat door de optische hefboom methode

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

Fabricage van piëzo-elektrische dikte modus transducers via gelijkstroom sputteren van plaatelektroden op lithium niobate wordt beschreven. Bovendien wordt een betrouwbare werking bereikt met een transducerhouder en vloeistoftoevoersysteem en wordt karakterisering aangetoond via impedantieanalyse, laserdrolbaarheid, snelle beeldvorming en druppelgrootteverdeling met behulp van laserverstrooiing.

Fabricage en karakterisering van thicknessmodus Piëzo-elektrische apparaten voor verneveling en acoustofluidics

Leer hoe golven bijdragen aan druppelimpactdynamiek op dunne stromende vloeistoffilms met dit protocol. De methode maakt gedetailleerde analyse van snelle tijdschaalfenomenen mogelijk voor vloeistofdynamica-onderzoek.

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

Meer video's verkennen