Uma técnica macroscópica analógica para estudar processos hidrodinâmicos Molecular em densas Gases e líquidos

Resumo

É apresentado um método analógico experimentalmente acessível para estudar processos hidrodinâmicos moleculares em fluidos densos. A técnica utiliza Velocimetria por imagem de pilhas de grão vibratório, alto-restituição e permite a observação direta, macroscópica dos processos dinâmicos conhecidos e prevê-se que existem em fortemente interagindo, alta densidade de gases e líquidos.

Resumo

É descrito um método analógico, macroscópico para estudar processos hidrodinâmicos escala molecular densas gases e líquidos. A técnica se aplica uma padrão fluido dinâmico diagnóstico, Velocimetria por imagem (PIV), para medir: i) velocidades de partículas individuais (grãos), existentes na colisão-grão curto, prazos, ii) velocidades de sistemas de partículas, em ambos os curto colisão-tempo - e longo, contínuo-fluxo--escalas de tempo, iii) coletivos modos hidrodinâmicos sabidos para existir em fluidos moleculares densos e iv) funções de autocorrelação curto - longo-tempo-escala e velocidade, fundamentais para compreender a dinâmica da partícula-escala em sistemas de fluidos densos, interagindo fortemente. O sistema básico é composto de um sistema de imagem, fonte de luz, sensores de vibração, sistema vibracional com um software de análise e PIV e mídia, conhecido. Destacam-se as medições experimentais necessárias e um esboço das ferramentas teóricos necessário quando se utiliza a técnica de analógica para estudar processos hidrodinâmicos de escala molecular. A técnica proposta fornece uma alternativa relativamente simples de Fotônica e dispersão métodos tradicionais moleculares estudos hidrodinâmicos de feixe de nêutrons.

Introdução

Hidrodinâmica molecular estuda a dinâmica e a mecânica estatística de moléculas individuais e coleções de moléculas dentro de fluidos. Entre as muitas técnicas experimentais desenvolveram para estudar sistemas moleculares hidrodinâmica^1,2, espalhamento de luz^1,2,3, simulações de dinâmica molecular^{4, 5,6,7} e, em menor medida, de dispersão de nêutrons inelástica⁸ têm sido mais comumente usados. Infelizmente, limitações significativas anexar as último duas técnicas. Simulações de dinâmica molecular (MD), por exemplo: i) são limitado a pequenas espacial e temporal domínios contendo moléculas relativamente poucos , ii) exigem o uso dos potenciais de partículas inter aproximadas, introduzir iii) normalmente periódica condições de contorno, inválidas sob condições de fluxo em massa de não-equilíbrio e iv) não podem, neste momento, responde à questão fundamental da dinâmica como escala molecular, envolvendo moléculas simples ou coleções de moléculas, são afetadas pela e casal volta, em massa, desequilíbrio de fluxo de fluido. A principal limitação associada com dispersão de nêutrons está ligada à dificuldade de acessar o número limitado de fontes de feixe de nêutrons disponíveis.

A fim de fornecer o contexto para a analógica técnica experimental apresentada neste artigo, destacamos as técnicas de espalhamento de luz aplicadas a fluidos densos-gás e líquido-estado simples. Em um experimento de espalhamento de luz típico, um feixe de luz polarizada do laser é direcionado para um volume pequeno interrogatório contendo uma amostra de fluido estacionária. Luz espalhada de moléculas dentro da amostra é então detectada em algum ângulo fixo em relação ao feixe incidente. Dependendo do regime de dinâmico molecular de interesse, detecção e análise de sinal luminoso dispersado incorpora luz filtragem ou luz mistura métodos de deteção. Conforme descrito por Berna e Pecora¹, filtragem de técnicas, que sonda a dinâmica molecular do estado líquido em tempo escalas mais curto do que s, introduzir um interferômetro pós-espalhamento ou grades de difração e permitir a verificação da densidade espectral da luz dispersa. Óptico de mistura técnicas, usadas para retardar-tempo-escala dinâmica, s, por outro lado, incorporam um analisador autocorrelator ou espectro pós-dispersão, no qual o conteúdo espectral do sinal disperso é extraído a luz espalhada medida intensidade.

Geralmente, laser probes, pelo menos as que operam na faixa visível do espectro, têm comprimentos de onda muito mais do que o espaçamento característico entre estado líquido as moléculas. Nestas circunstâncias, o feixe do sonda excita cinco coletivo, lento-escala de tempo, modos hidrodinâmico de longo comprimento de onda^2,9,10 (lento em relação a frequência de colisão característico): dois viscously amortecida, Counter-propagação de ondas sonoras, dois modos de vorticidade desacopladas, puramente difusiva e um modo único difusiva térmica (entropia). Os modos de som estão animados na direção (longitudinal) do feixe incidente, enquanto os modos vortical são animados no sentido transversal.

Considerando-se puramente experimental dispersando técnicas, duas questões fundamentais, situada no coração do equilíbrio e da mecânica estatística de não-equilíbrio molecular, sistemas de estado líquido, permanecem além da luz e medidas de dispersão de nêutrons:
1) rigoroso argumentos^9,11 mostra que a dinâmica de colisão - e sub-collision-escala de tempo aleatório, de moléculas individuais do estado líquido, sujeitos a dinâmica newtoniana clássica ou dinâmica quântica, pode ser reformulada na formulário das equações de Langevin generalizadas (GLE). GLE, por sua vez, constituem uma ferramenta teórica central no estudo da mecânica estatística não-equilíbrio das moléculas em líquidos e gases densos. Infelizmente, uma vez que a dinâmica de moléculas individuais (não-macromolecular) não pode ser resolvida por qualquer técnica de espalhamento, não há atualmente nenhuma maneira direta, além de simulações de MD, para testar a validade do GLE.
2) uma hipótese fundamental mentindo no coração macroscópica contínuo da dinâmica dos fluidos, bem como hidrodinâmica molecular de microescala, postula que em comprimento - e -escalas de tempo grande em relação ao diâmetro molecular e colisão, mas pequeno em relação ao contínuo escalas de comprimento e de tempo, equilíbrio termodinâmico local (LTE) prevalece. Em contínuo fluxo e calor dos modelos de transferência, como as equações de Navier-Stokes (NS), a suposição de LTE é necessário⁹ fim de casal intrinsecamente não-equilíbrio, fluxo contínuo-escala e recursos de transporte de energia — como tensões de cisalhamento viscosos e condução térmica — estritamente equilíbrio termodinâmico Propriedades, como temperatura e energia interna. Da mesma forma, enquanto a microescala ímpeto e energia de transporte são processos intrinsecamente não-equilíbrio, refletindo a aparência do acoplado, massa de microescala, dinâmica e as correntes de energia, modelos desses processos de microescala supor que as correntes representam pequenas perturbações de LTE⁹. Novamente, o melhor de nosso conhecimento, não houve nenhum teste experimental direto da Assunção LTE. Em particular, parece que nenhum experimento de dispersão hidrodinâmica molecular foram tentado dentro fluxos fluidos densos, em movimento, desequilíbrio.

Neste artigo, descrevem uma técnica experimental analógica, no qual as partículas macroscópicas, única e dinâmica de partículas coletiva de estacas vibratório grão, medidas usando padrão Particle Imaging Velocimetry (PIV), pode ser usada para prever indiretamente, interpretar e expor single e multi molecule hidrodinâmica em líquidos e gases densos. Os elementos físicos e teóricos que permitem que a técnica proposta são demonstrados em um estudo recente publicado por nosso grupo¹². Experimentalmente, o sistema macroscópico deve apresentar: (i) uma tendência sustentada para partidas lineares local, macroescala equilíbrio mecânico estatístico e (ii) pequenos, de equilíbrio que imitam as flutuações de não-equilíbrio (fracas) observada em sistemas moleculares e hidrodinâmicos. Teoricamente: modelos de microescala (i) clássica descreve o equilíbrio e a mecânica estatística fracamente-desequilíbrio de densa, sistemas de N-partículas interagindo devem ser reformulados, sob forma de macroescala, e (ii) os modelos de macroescala resultante devem confiantemente prever a dinâmica de único e múltiplo-partículas, de curtos, partícula-colisão-prazos para longos, contínuo-fluxo--escalas de tempo.

Aqui, apresentamos um protocolo experimental pormenorizado, bem como resultados representativos obtidos pela técnica de novo. Em contraste com simulações de MD, luz e métodos de dispersão de nêutrons, a nova técnica permite que, pela primeira vez, um estudo detalhado dos processos hidrodinâmicos moleculares dentro fluindo, fortemente não-equilíbrio, densas de gases e líquidos.

Protocolo

1. preparação do sistema vibratório

1. Configure o sistema vibratório, como mostrado na Figura 1. Este sistema consiste de uma anular poliuretano tigela (com um diâmetro exterior de 600mm), anexada a uma velocidade única (1740 rpm), motor desequilibrado, onde o último gera vibrações de processo. Este é anexado a uma base ponderada e separado por um grupo de oito molas (a bacia e a base ponderada são comprados montados como inteiro). Prender o conjunto de tigela para seu stand e prenda com dois ganchos de borracha fornecido. Coloque a bomba peristáltica sobre uma mesa perto da tigela e conecte a mangueira de saída da bomba para jogar o ponto de entrada de lubrificação.
   1. Anexar um acelerómetro triaxial ao raio do interior da tigela anular vibrações tigela gravada sob condições de baixa amplitude e o acelerômetro do fio a um condicionador de sinal do sensor. Coloque o condicionador de sinal numa mesa longe do sistema vibratório. A combinação de condicionador acelerômetro/sinal é controlada por hardware e software de aquisição de dados instalado em um computador padrão.
2. Prepare a mídia escolhida pela lavagem em água e permitindo a secar. Vários tipos de meios de comunicação têm sido utilizados durante várias experiências. Para este papel, use uma cerâmica de polimento mídia direto cortar triângulo (10 x 10 mm x 10 triângulo mm como visto de frente e 10 mm de espessura).
   1. Determine a densidade de embalagem primeiro, colocando um saco plástico vazio em escala de laboratório e Tarar a balança de mídia. Encher o saco de plástico com a mídia escolhida (não deve exceder 18,927 L (5 galões) e gravar o peso da mídia (g ou kg). Para este tipo de mídia e criação experimental atual, o peso foi 22,68 kg (50 lb).
      1. Coloque o balde em uma pia grande, ou fora do prédio, longe de outros equipamentos. Encha o balde (para isto configurar, um balde de 18,927 L (5 galões) foi usado) com água até a marca completa e lentamente Abaixe o saco plástico cheio de mídia dentro do balde. Uma vez que o saque de mídia está completamente submersa, levante lentamente a bolsa da água para evitar salpicos e coloque o saco à parte. Use um cilindro graduado de 1000 mL para encher o balde para sua marca completa original, gravando a quantidade total de água adicionada. Esta quantidade de água adicionada será onde é o material da embalagem volume de mídia (para este conjunto, 13.750 mL de água foi adicionado para o balde). A quantidade de água adicionada será dependente do tipo de mídia utilizada.
      2. Calcule a densidade de embalagem da mídia pela seguinte equação:
         
         onde é a densidade de embalagem dos meios de comunicação e é a massa dos meios de comunicação (para essa mídia, a densidade foi calculada para ser 1649 ).
   2. Ative o sistema vibratório por conectá-lo na tomada elétrica (este modelo tem duas opções, 1) Conecte a parede ou 2) executar com timer ligado para ficar). Ativar o software de aquisição de dados no computador, pressionando a seta de "Start" no usuário escrito programa e coletar dados para 1 minuto. Dados de aceleração serão tanto exibidos para revisão imediata (no domínio do tempo e domínio da frequência) e automaticamente armazenados em um arquivo CSV para potencial pós-processamento. Desligue o aparelho da tomada elétrica para desativar o sistema vibratório.
   3. Adicione mídia para Cuba vibratória.
   4. Prepare o composto, consistindo de 3880 mL de água e 120 mL de acabamento composta solução de (FC) (3% do volume). Conjunto da bomba peristáltica para 1,9 L/h (discagem girar a 27 para atingir esta taxa de fluxo), mas não inicia o fluxo. Isto irá assegurar que a solução não é recirculada, mas é suficiente para manter a imprensa molhada. (Esta solução é uma solução de acabamento vibratória comumente usada). A solução age como um lubrificante e garante que a mídia não ficar juntos ou desgastar durante o procedimento.
   5. Ative o sistema vibratório por conectá-lo na tomada elétrica. Coletar dados de acelerômetro, conforme especificado na etapa 1.2.2. Desligue o aparelho da tomada elétrica para desativar o sistema vibratório.

2. alta velocidade imagem

Nota: Para medições de campo de velocidade de cereais, obtidos por imagem uma porção da superfície da pilha de grão do fluxo, a área de imagem, corresponde ao campo de visão (FOV) determinado na etapa 2.2.4 abaixo. Medição de variáveis no tempo, velocidades de grãos individuais (na superfície da pilha) podem ser obtidas escolhendo uma subzona pequena, fixa, , dentro onde, conforme detalhado abaixo, é da ordem de área projetada de um grão individual.

1. Colocar uma câmera de alta velocidade (a câmera tem resolução de 1504 x 1128 até 1.000 frames por segundo (fps)) para capturar imagens por colocá-lo em um tripé ou construindo uma estrutura rígida com a lente perpendicular à superfície aberta do sistema vibratório (quando a bacia é vibra Ting) como visto na Figura 1. Esta estrutura rígida é separada do sistema vibracional e garante que as vibrações do sistema não afetam a imagem.
   1. Anexe a lente apropriada para a área de integração de superfície desejada e resolução. Para a configuração atual, use uma lente de zoom de 18-250mm com e um rácio de lente de 1:3.6 - 6.3.  Anexe a fonte de alimentação e antena GPS para câmera.  Conecte a câmera ao computador usando um cabo CAT5.  Coloque a câmera para que o fim da lente é aproximadamente 550 mm acima da superfície da mídia.
      Nota: Colocar a câmara perto de mídia causará aumento de efeitos de borda e colocar a câmara longe demais fará com que as imagens ser muito escuro para processar. A distância especificada, erros devido a efeitos de borda e curvatura geral da área de teste é < 2%.
   2. Remova a tampa da lente e iniciar o software da câmera. Quando começou, clique no botão "Câmeras" e clique em Okey. Quando preenche lista de câmera, selecione a câmera na lista e clique em abrir.
   3. No software da câmera no computador, na guia "Live", clique em "Live" (seta azul) para ver FOV a câmera. Ligue a fonte de luz para iluminar a região a ser fotografada. Isso pode ser qualquer luz brilhante enquanto ele ilumina a área de teste uniformemente. A Figura 1 mostra a câmera e luz configuração no que diz respeito ao sistema vibratório.
   4. Para determinar o f-stop, olhe para a tela do computador com a transmissão ao vivo da câmera e ajustar o f-stop para o mínimo (brilho máximo). Se o f-stop é definido como baixa, o resultado é uma profundidade de campo. Se o f-stop é definido para alta, o ecrã está muito escuro. Para este experimento, o f-stop foi definido para 3.6.
   5. Ajuste o comprimento focal na lente para fornecer o FOV desejado (210 x 160 mm para este caso). Para este experimento, defina o comprimento focal em 180 mm com a câmera ajustada 550 mm acima da superfície da mídia. Figura 2a mostra o FOV através da câmera.
   6. Digitalmente zoom para ampliação de X 500 usando o software da câmera. Ajuste o anel de foco na lente para melhor foco óptico. Retorne o zoom digital de 100% (modo de exibição Normal).
   7. Em configurações de aquisição no computador, clique em "Taxa [Hz]" e definido como 500 frames por segundo.
      Nota: A fim de resolver a grão-colisão-tempo-escala dinâmica, , deve ser pelo menos uma ordem de magnitude maior do que a frequência de vibração imposta, (aqui, Hz)
   8. Antes da tomada de imagens, coloque uma balança governou no campo de visão; Isso fornece uma escala de comprimento para processamento de dados de imagem subsequentes. Em aquisição configurações no software da câmera, selecione a guia de "Record" em "Ao vivo". Como "Modo de gravar" Frames "Circular" e definidos como 1. Clique em círculo vermelho sob a aba "Live" para gravar uma única imagem, como pode ser visto na Figura 2b.
   9. Salve a imagem adquirida como um arquivo TIFF para um local de diretório de arquivo conveniente (por exemplo, disco rígido externo) clicando em "Arquivo" e clique em "Salvar aquisições". Uma caixa de diálogo será exibida com várias opções. Ao lado de tipo de arquivo na caixa de diálogo, selecione o menu drop-down. TIFF.
      1. Selecione a guia "Opções de Download" na parte inferior da caixa de diálogo e clique em "Procurar". Na parte superior da caixa de diálogo, adicione o nome da pasta para o teste. Na caixa de diálogo "Procurar", procurar e escolher o local desejado (por exemplo, disco rígido externo) e a pasta apropriada. Uma vez seleccionada a pasta, clique "Okey" em seguida "Salvar". A caixa de Gerenciador de download irá aparecer. O arquivo começará a transferir e serem salvos no local de arquivo especificado na subpasta 001. Uma vez que a imagem tenha transferido, uma caixa de status "Done" aparecerão na tela.
      2. Exclua a imagem da câmera clicando no botão excluir vermelho.
         Nota: O protocolo pode ser pausado aqui.

3. coletando dados

Nota: Se o protocolo foi pausado, a câmera precisará ser reiniciado. Siga o passo 3.1. Se o protocolo não foi pausado, pule para a etapa 3.1.2.

1. Iniciar o software da câmera e ligue a iluminação conforme especificado na etapa 2.
   1. Com o software da câmera ativado, verificar as condições de luz e executar ao vivo, conforme detalhado na etapa 2.2.2. para garantir foco adequado.
   2. Escolha um tempo total de execução experimental,
      Nota: Dois concorrentes requisitos devem ser atendidos: i) deve ser longa o suficiente para que condições de fluxo de grãos estatisticamente estacionária conjunto, e ii) não deve ser tão longa quanto produzir grandes quantidades de dados supérfluos. A escala de tempo nos quais condições estacionárias aparecem deve ser determinada por tentativa e erro. Vários métodos, de rigor variável, podem ser usados. Por exemplo, i) Certifique-se de que a velocidade de grão médio de tempo em um ponto fixo, ou em vários pontos fixos, atinge uma magnitude nominalmente fixa ou magnitudes, ou ii) Certifique-se de que, para além dos meios fixos, desvios correspondentes também assumem nominalmente fixos magnitudes. Para este experimento, os dados foram coletados por 10.12 s, correspondente à aquisição de 5060 quadros. Condições constantes no fluxo de grãos ocupa depois de aproximadamente 1 s.
2. Ative a cuba vibratória.
   1. Espalhe 150 mL de acabamento/lubrificante composto (etapa 1.2.4) uniformente em torno da bacia para proporcionar umectação inicial dos meios de comunicação; e em seguida coloque o jarro com o restante composto no chão com uma mangueira conectada a bomba peristáltica. Ative a bomba peristáltica (conforme definido na etapa 1.2.4) ao apertar o interruptor de "off" para "no sentido horário".
   2. Ligar cuba vibratória por conectá-lo em uma tomada elétrica e espere um mínimo de um minuto para assegurar mesmo molhando e constante movimento fluido em toda a mídia (constante movimento do fluido ocorre quando o fluxo de fluido entrar a tigela da bomba peristáltica aproximadamente igual ao fluxo de fluido do ralo bacia de drenagem.
3. Captura de vídeo e recolha de dados.
   1. Uma vez que o líquido atinge o constante movimento (passo 3.2.2), acionar a câmera clicando no ícone vermelho registro na tela do computador e, em seguida, clique na marca de verificação de gatilho vermelho para gravar imagens para o escolhido tempo duração, . A câmera irá gravar imagens para o especificado e salvar as imagens em sua memória interna. Figura 2a é um exemplo de uma única imagem de um conjunto de 5060 imagens tiradas.
   2. Uma vez que os dados são coletados, desligar o sistema vibratório por desconectá-lo da tomada eléctrica e desativar a bomba peristáltica movendo o interruptor de posição de "sentido horário" para "off".
      Nota: O protocolo pode ser pausado aqui.

4. processo dados de vídeo com PIV

1. Prepare a alta velocidade de imagens da câmera para processamento de PIV.
   1. Salve as imagens como arquivos TIFF, seguindo os procedimentos descritos na etapa 2.1.9. (No sistema atual, quadros de imagem 5060 recolhidos mais 10,12 s leva mais de uma hora para transferir). Uma vez que imagens são transferidas, uma caixa de status "Done" aparecerão na tela. Os arquivos serão salvos no mesmo diretório como o arquivo de calibração em uma subpasta identificado como 002. Apagar imagens da câmera.
   2. Converta as imagens coloridas em imagens em escala de cinza para habilitar o processamento pelo software do PIV. Carregar as imagens no software de análise de dados usando uma função de "imread()". Converter uma cópia das imagens usando a função "rgb2gray()" e salvar/gravar essas novas imagens em uma nova pasta, usando a função "imwrite()".
      Nota: Esta função de análise de dados/processo está disponível para vários tipos de software de análise de dados e é escrita como um programa completo pelo pesquisador. Figura 2-c é um exemplo de uma imagem ampliada em depois que foi convertido para escala de cinza e foram processados por PIV.
2. Use software PIV para calcular campos de velocidade.
   1. Use o assistente de importação para importar o conjunto de imagens em tons de cinza como imagens de quadro único para o ambiente de software PIV. Começar a importação clicando em "Arquivo" e selecione "Importar imagens" e "Importar".  Aparecerá a caixa de diálogo para assistente de importação de imagem.  Escolha a opção de importação "Único Frame" no menu e clique o botão "Adicionar fotos".  Selecione a imagem de calibragem e clique em "Abrir", que adiciona a imagem para a caixa de lista de diálogo "Imagens de importação".  Ao importar imagens, adicionar a imagem de calibração (etapa 2.1.9) primeiro, para que é a imagem de topo na lista de importação.  Clique o botão "Adicionar imagens" novamente e destacar todas as imagens de dados e clique em "Abrir" para adicioná-los para a caixa de diálogo "Imagens de importação".  Clique "Next", uma vez que todas as imagens desejadas são selecionadas. As configurações da câmera usadas de entrada, incluem arremesso de pixel e taxa de quadro nas caixas de diálogo. Clique em "Next" e "Finish" para concluir o processo de importação.
   2. Separar a imagem de calibragem do conjunto imagem e parâmetros de escala de comprimento de entrada no software do PIV.
      1. Se a lista de conteúdo não estiver exibida, clique direito o conjunto de imagens importadas e selecione "Mostrar lista de conteúdo" no lado esquerdo da tela na árvore de base de dados. Supondo que a imagem de calibração foi a primeira imagem importada, clique direito a segunda imagem na lista e selecione "Split Ensemble from Here". Arraste e solte a imagem recém-criada conjunto (que contém apenas a imagem de calibração) para o local à esquerda da tela rotulado "Nova calibragem".
      2. Botão direito do mouse o conjunto de imagens de calibração recém-colocado e selecione o "Fator de escala de medida". Quando a imagem de calibração aparece na tela, os "A" e "B" marcadores de posição sobre a imagem na régua (ou outro objeto de saber o tamanho, se o governante não foi usado) e a distância entre os marcadores na caixa de texto "Distância absoluta" de entrada. Clique em "Okey" na caixa de diálogo "Fator de escala de medida", que irá salvar a configuração de calibração e fechar a caixa de diálogo e a imagem de calibração.
   3. Criar um conjunto de pares de imagem selecionando o conjunto de imagens importadas e clique em "Analisar". Em seguida, selecione "Fazer duplo quadro" da lista de métodos de análise disponíveis. Escolha "(1-2, 2-3, 3-4,... (N-1) duplo imagens) "opção de estilo.
      1. Abrir qualquer imagem no conjunto imagem (exceto a imagem de calibração) e clique com o botão direito na imagem e selecione "Densidade de partículas". Uma exibição da caixa de diálogo reconhecido partículas aparecerá na tela. Ele irá mostrar uma ampliada em virtude de uma área de sonda. Clique a guia configurações na caixa de diálogo e alterar a "Área de tamanho de sonda" até um mínimo de 3 partículas consistentemente são vistos na área de sonda.  Este tamanho de área de sonda será o tamanho da área de interrogatório entrado na etapa 4.2.5.
   4. Use o comando "Analisar" sobre a imagem selecionada conjunto para escolher PIV processamento algoritmo e parâmetros associados. Selecione o método de "Adaptive correlação" e definir a área de pixels que será usada para definir um vetor no espaço na etapa 4.2.5. (Este processo divide imagens em uma grade de n × n pixel "Áreas de interrogatório")
   5. Defina o tamanho da área de interrogatório localizando a guia de "Áreas de interrogatório" e selecionar qualquer um dos tamanhos disponíveis de interrogatório área entre o mínimo de 8 pixels e o máximo de 256 pixels (para este método, 32 pixels por 32 pixels foi usado). Insira o valor determinado na etapa 4.2.3.1.
      1. Para aumentar a densidade dos vetores criado, adicione percentagem de "Sobreposição" de área de interrogatório escolhendo 0%, 25%, 50% ou 75% de sobreposição do menu drop-down.
   6. Realizar análise levando ao campo de velocidade medidos grão selecionando "Okey" na caixa de diálogo "Correlação adaptável". O sistema vai começar a análise.  Como o sistema processa os dados, o primeiro mapa do vetor aparecerá na tela. Inspecione os primeiro vários campos de velocidade para determinar se eles aparecem satisfatórios pela estimativa de velocidade e direção, como visto na Figura 2C. Se o campo de velocidade não parece realista, cancelar a sessão de análise, repita a etapa 4.2.4 e alterar as configurações de análise. (Quando a análise estiver concluída, um vector campo, abrangendo a FOV, será criado para cada par de imagem no conjunto (Step 4.2.3)). C da Figura 2 mostra um campo vetorial satisfatória de exemplo durante o processo de análise que tem sido sobreposto sobre uma imagem em tons de cinza.
      Nota: Para cada área de interrogatório n × n pixel, o software PIV compara o padrão de pontos brilhantes sub-grain-escala dentro da área de interrogatório contra padrões correspondentes capturado na próxima imagem. Esta comparação, o software PIV determina um vetor de deslocamento de área-em média, e finalmente, dividindo pelo incremento de tempo entre os quadros, , a velocidade média da zona, onde refere-se a área de interrogatório . Nas experiências atuais, cada área de interrogatório consistiu de n x n = 32 x 32 pixels; o número total de áreas de interrogatório, subdividindo cada 210 x 160 mm FOV estava assim, 47 x 35, correspondente a 1504 x 1128 pixels.

5. processo vibracional dados

Nota: Passo 5 pode ser feito simultaneamente com o passo 4 se sistemas de computador diferente ou software de análise é usado.

1. Abra o software de análise de dados e usando a função "Load" para trazer o acelerômetro dados que foi adquiridos quando a cuba vibratória estava vazio (etapa 1.2.2). Fazer uma rápida transformação de fourier dos dados usando a função "fft()". Crie uma figura dos dados usando a função de "enredo". Repita com os dados que foi adquiridos quando a cuba vibratória tinha mídia presente (etapa 1.2.5).
   Nota: Esta função de análise de dados/processo está disponível para vários tipos de software de análise de dados e é escrita como um programa completo pelo pesquisador.
   1. A fim de estudar processos hidrodinâmicos moleculares, um número de operações de processamento de dados é geralmente necessário. Consulte as seções representante resultados e discussão abaixo para contornos dos procedimentos de processamento principal; Ver Keanini, et al. (2017) ¹² para obter detalhes sobre como medidos dados PIV pode ser usado para extrair informações dinâmicas em sistemas moleculares de hidrodinâmicas.

Resultados

Ao apresentar resultados representativos, nos referimos a processos contínuo-tempo-escala como aqueles observados e previstos sobre prazos, que estão muito tempo em relação a escala de tempo da colisão grão característico, e partícula-tempo-escala processa como aqueles ...

Discussão

Para utilizar pilhas de grão vibrar como análogos macroscópicos para investigar processos hidrodinâmicos moleculares, uma experimentalista deve, por um lado, aprender e usar quatro medições básicas e por outro, dominar alguns elementos básicos do equilíbrio e mecânica estatística de não-equilíbrio. Primeiro enfocando medições experimentais, estes incluem: i) medição da dinâmica de grãos individuais através da medição da função de autocorrelação velocidade single-partícula, ii) medição da velocidade de superfície grão méd...

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Tigela de polimento vibratório	Raytech	AV-75
Medidor de vazão	Bombas peristálticas	913 Mity Flex
Scale	Pelouze	4040
Acelerômetro triaxial	PCB Piezotronics	PCB 356B11	Acelerômetro com sensor Condicionador de sinal
Computador de aquisição de dados	IBM	Thinkpad	Usado com alta câmera de velocidade
Câmera de Alta Velocidade	Redlake	Motionxtra HG-XR
Lente Zoom	Tamron	Modelo A18	18-250mm F/3.5-6.3
ARRI	EB 400/575 D		Luz de Alta
Intensidade	Dell	Dell Precision Tower 7910
PIV Software	Dantec Dynamics	Dynamic Studio 2013	versão 3.41.38
Hardware de aquisição de dados	Chassi SCXI	SCXI-1000 da National Instruments com placa SCXI 1100 e adaptador SCXI 1303
Software de aquisição de dados	National Instruments	LabVIEW 2012
	MATHWORKS	MATLAB
Mídia de polimento	Rosler	RSG 10/10S	Vários tipos de mídia usados (misto, esférico, triangular)
Solução de polimento	Rosler	FC KFL (3%)	3% solução de sabão com água
Escala Regrada	Swiss Precision Instruments	13-911-3
Cilindro Graduado	Global Scientific	601082