Kwantyfikacja mieszania za pomocą obrazowania metodą rezonansu magnetycznego

Ogólnym celem poniższego eksperymentu jest wykorzystanie rezonansu magnetycznego jako potężnego narzędzia do oceny urządzeń do mieszania i przetwarzania. Osiąga się to poprzez połączenie dwóch strumieni cieczy w dzielonym i ponownie połączonym mieszalniku statycznym. Mr.Images uzyskuje się poprzez dobór odpowiedniego protokołu obrazowania.

Obrazy te pozwalają na scharakteryzowanie miksera. Wyniki wydajności uzyskuje się dla aplikacji istotnej dla produktów higieny osobistej, ale procedura może być stosowana do szerokiej gamy płynów spożywczych, chemicznych, biomasy i biologicznych. Główną zaletą stosowania rezonansu magnetycznego w porównaniu z innymi technikami, takimi jak wideo, jest to, że można wizualizować materiały nieprzezroczyste.

Dodatkowo informacje dotyczą stężeń ilościowych i składników oraz można obliczyć stopień wymieszania. Wizualizacja, miksowanie. Wykorzystanie MRI może być pomocne w walidacji płynów obliczeniowych, symulacji dynamicznych i procesów produkcyjnych poprzez szczegółowe porównania przestrzennie zmierzonych rozkładów stężeń z obliczonymi rozkładami stężeń.

Mieszalnik SAR składa się z wielu różnych płyt ułożonych w rurze PVC. Każda wycinana laserowo płyta składa się z PMMA i jest cięta na grubość 1,59 milimetra. Każda tabliczka ma prostokątny klucz, który wyrównuje ją wzdłuż akrylowego pręta.

W rurze PVC plastik może być przezroczysty lub nieprzezroczysty. Płyty mają różne konstrukcje, które mają otwory, przez które mogą przepływać płyny. Płyty są układane w rurze w powtarzający się wzór, co powoduje mieszanie się tuneli.

Dwa płyny, które przechodzą przez płytę rurową S, służą do strumieniowania dwóch płynów, które wchodzą do powtarzającego się motywu. Jeden strumień płynu znajduje się w środku, a płyn przepływa powyżej i poniżej. Mają względne natężenie przepływu 10 do jednego.

Następnie płyny spotykają się w otwartym kanale, który składa się z ośmiu płytek typu C. Płyny są następnie fizycznie rozdzielane na dwa pionowe kanały przez osiem płyt płyty I. Następna sekcja składa się z 16 unikalnych płyt, które obracają każdy strumień płynu jest skręcany o 90 stopni w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Płyn przepływa następnie przez osiem płytek, które dzielą płyny na dwa poziome kanały.

Powtarzający się motyw zwieńcza osiem otwartych płyt kanałowych. Ogólnie rzecz biorąc, motyw ten powtórzył się sześć razy przez rurę PVC. Zmontuj system przepływowy, aby przepompować roztwór bieguna węglowego przez wbudowany mieszalnik statyczny dzielony i ponownie kombinowany, zacznij od umieszczenia mieszalnika w magnesie.

Magnes jest częścią pojedynczego spektrometru obrazowania opartego na magnesach trwałych Tesli o natężeniu gradientu szczytowego 0,3 Tesli na metr i prawie sześciennej obudowie, która jest w stanie kontrolować i rejestrować masowe natężenie przepływu płynów testowych. Ponadto należy wyposażyć się w przetwornik ciśnienia przed mieszalnikiem w celu monitorowania ciśnienia, cewkę o częstotliwości radiowej wykonaną z elektromagnesu z czterema zwojami w przypadku objętości cylindrycznej i ściśle dopasowaną do rury PVC. Wreszcie, do wlotów podłączone są dwa odrębne roztwory.

W tej demonstracji roztworami będą karbopol z chlorkiem manganu lub bez niego. Przygotuj roztwór karbopolu, powoli przesiewając ważoną ilość polimeru do dejonizowanej wody w mieszanym zbiorniku. Zneutralizować roztwór karbopolu 50% roztworem wodorotlenku sodu do pH siedem.

Neutralizacja pozwala roztworowi osiągnąć maksymalną lepkość, gdy polimer pęcznieje w wodzie. Aby utworzyć żel, przygotuj drugi domieszkowany roztwór bieguna węglowodanowego, który zawiera MR. Środek kontrastowy: chlorek manganu. Aby scharakteryzować zachowanie przepływu lub reologię, użyj standardowej geometrii kokietki przy temperaturze płynu 25 stopni Celsjusza, aby zmierzyć lepkość ścinania.

Użyj przemiatania naprężeń w stanie ustalonym od 0,1 do 500 paskali w trybie rytmicznym LA z 10 punktami na dekadę i tolerancją 5%. Następnie zmierz odkształcenie w zakresie częstotliwości od 628 do 0,63 rada na sekundę w trybie logarytmicznym LA z 10 punktami na dekadę. Wybierając parametry obrazowania, musimy wziąć pod uwagę całkowity stosunek sygnału do szumu w obrazie, a także kontrast i intensywność sygnału między obszarem domieszkowanym a obszarem włączonym.

W tym przypadku wybraliśmy gradientową sekwencję echa i wybraliśmy stężenia. aby uzyskać liniową zależność intensywności sygnału od stężenia. Sekwencja MR nie obejmuje kompensacji przepływu.

Tak więc, aby uniknąć artefaktów ruchu, obrazowanie jest wykonywane w stanie spoczynku, czas obrazowania jest rzędu jednej do czterech minut. Zmień położenie miksera, aby zobrazować objętości w różnych lokalizacjach osiowych. Przesuń rurkę miksera osiowo przez magnes, aż żądana objętość znajdzie się w środku cewki NMR w środku magnesu.

Następnie powtórz proces obrazowania. Na koniec przeanalizuj dane MR za pomocą procedur analizy obrazu, aby udokumentować przestrzenny rozkład stężeń składników. W tej pracy rzeczywiste właściwości logiczne obu rozwiązań były nie do odróżnienia.

Właściwości lepkosprężyste roztworów miały cechy układu żelowego, w którym magazynowanie było większe niż strata, przy czym moduł i strata były dość stałe. Nachylenie straty nad magazynem zwiększało się z większą częstotliwością, a odpowiadające mu opóźnienie fazowe podążało za tym samym trendem w celu oceny względnego udziału sił lepkości w siłach bezwładności podczas przepływu. Liczby Reynoldsa zostały obliczone jako średni przepływ przez płyty.

Wartości te, które są znacznie mniejsze niż 1,0, wskazują, że siły lepkości zdominowały siły bezwładności. Tak więc mieszanie odbywało się przez laminarne rozciąganie i ścinanie, a nie turbulencje. Aby zilustrować moc wizualizacji przepływu za pomocą rezonansu magnetycznego, poniższe wyniki to wybrane obrazy w różnych lokalizacjach osiowych.

Mieszalnik SAR skutecznie i równomiernie rozdziela przepływy, jak pokazano na zdjęciach płyt H znajdujących się za pierwszą, drugą i trzecią sekcją mieszania. Liczba domieszkowanych pasków płynu została podwojona w każdej sekcji mieszania. Zmiana progów wartości obrazu pokazuje, że paski domieszkowanego płynu zwiększają się z każdym przejściem przez motyw.

Sekwencja obrazów wykonanych przez obrót mieszalnika o 90 stopni w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara pokazuje, jak pionowe strumienie stają się strumieniami poziomymi w procesie mieszania przez cały tunel. Dwa strumienie płynów są wielokrotnie podwajane Podczas próby wykonania tych pomiarów należy pamiętać, że czas pomiaru powinien być bardzo krótki w porównaniu z czasem dyfuzji molekularnej, aby wpłynąć na rozkład stężeń składników. Te eksperymentalne pomiary mieszania są szczególnie przydatne do testowania wpływu modeli składowych reologii płynów stosowanych w obliczeniowych symulacjach dynamiki płynów mieszania oraz mieszalnika dzielonego i rekombinowanego.

Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak używać rezonansu magnetycznego do badania rozkładów stężeń w mikserze statycznym.