Investigando a separação de fluxo tridimensional induzida por um polip de dobra vocal modelo

O objetivo geral do experimento a seguir é investigar a separação do fluxo tridimensional induzida por um pólipo modelo de prega vocal. Isso é conseguido montando um hemisfério prote com uma proporção de dois para um na seção de teste de um túnel de vento para modelar uma saliência montada na parede, como um pólipo ou nódulo. Como segunda etapa, são realizadas técnicas de visualização do fluxo de óleo, que permitem a visualização das linhas de atrito da pele e dos pontos de separação e fixação dentro do fluxo superficial.

Em seguida, medições de pressão de superfície instável são adquiridas ao redor da protuberância montada na parede. A fim de quantificar as cargas de pressão da parede ao redor do pólipo modelo, os resultados em combinação com os dados de simetria das vilas de imagens de partículas mostram a presença de um vórtice em ferradura que elimina vórtices de grampo de cabelo e cargas de pressão espacial e temporal ao redor do pólipo de prega vocal modelo, que devem contribuir para a dinâmica irregular das pregas vocais observada em pacientes com condições patológicas, como pólipos ou nódulos. Este método pode fornecer informações sobre a dinâmica dos fluidos dos distúrbios patológicos das pregas vocais.

Também pode ser aplicado a outros sistemas, como fluxo sanguíneo e artérias de estenose, gerenciamento de dunas de areia costeiras, fluxo secundário e trocadores de calor e aplicações de energia eólica. Geralmente, indivíduos novos neste método podem ter dificuldade em determinar a mistura correta à base de óleo para suas condições de teste específicas. Para criar o pólipo de prega vocal modelo, comece construindo um projeto tridimensional auxiliado por computador ou pólipo de modelo CAD.

Como um hemisfério prolato, adicione uma base quadrada à parte inferior do pólipo de prega vocal modelo para ser usado para ancorar o modelo ao piso da seção de teste. Exporte o modelo CAD 3D como um arquivo de estereolitografia ou STL. Escolha uma resolução de pelo menos 600 pontos por polegada para garantir uma superfície lisa no pólipo modelo.

Carregue o arquivo STL no software apropriado e imprima-o usando uma impressora 3D de alta resolução ou prototipador rápido. Com uma resolução de camada construída de pelo menos 20 micrômetros, o pólipo agora está pronto para ser montado no túnel de vento. A seção de teste do túnel de vento tem uma placa inferior removível com um orifício quadrado localizado ao longo da linha central do vão e no local desejado a jusante.

O orifício é usado para montar o modelo de pólipo das pregas vocais. Para se preparar para os testes de fluxo de óleo, cubra a superfície interna da seção de teste do túnel de vento com papel adesivo branco. Coloque cuidadosamente o papel adesivo para garantir que não haja vincos ou saliências devido a bolhas de ar.

Faça um furo no papel adesivo acima do furo quadrado no piso da seção de teste. Em seguida, recoloque a placa inferior removível na seção de teste. Agora insira o pólipo modelo na posição de ancoragem.

Para se preparar para o teste usando uma câmera de alta resolução montada acima da seção de teste do túnel de vento, foque a câmera de forma que seu campo de visão inclua o pólipo do modelo e a área da seção de teste ao redor. Configure a câmera para adquirir imagens ou vídeo. Prepare a mistura de óleo de visualização de fluxo combinando toner de cópia de óleo de bebê, pó e querosene em uma proporção de sete para um para dois por volume.

Misture o óleo de bebê e o pó de toner em um recipiente e mexa por alguns segundos até que o toner esteja completamente dissolvido. Em seguida, adicione o querosene e misture. Transfira a mistura para um borrifador para facilitar a aplicação na superfície da seção de teste.

Antes de aplicar a mistura de óleo, limpe a superfície da seção de teste com água e seque-a com uma toalha de papel. Em seguida, deixe secar ao ar por alguns minutos. Use o borrifador cheio da mistura de óleo para borrifar uma camada fina e uniforme de fluido sobre a área ao redor do pólipo da prega vocal modelo.

Uma camada fina e uniforme de mistura de óleo é importante para a produção de óleo adequado. As imagens de visualização de filme iniciam a aquisição de imagem ou vídeo na câmera. A aquisição da câmera é iniciada antes que o túnel de vento seja ligado.

Para capturar o movimento transitório inicial da mistura de óleo, ligue o túnel de vento de sucção na velocidade desejada. A mistura de óleo começará a fluir ao longo da superfície da seção de teste. Assim que a mistura de óleo parar de fluir e atingir um estado estacionário, conforme mostrado pelos padrões estacionários, ou quando o tempo desejado tiver decorrido, pare a gravação da câmera e desligue o túnel de vento para adicionar pressão estática.

Roscas na superfície do piso da seção de teste. Comece na linha média da posição de ancoragem do pólipo modelo e faça furos na placa removível para fazer um padrão de grade que se estende por oito pontos 89 centímetros de largura e 22 pontos 86 centímetros a jusante. Em seguida, monte tabulações de aço inoxidável nos orifícios ao redor do pólipo modelo na configuração desejada.

As tribulações têm uma protuberância em uma extremidade para prender tubos flexíveis e são retas na outra extremidade para montagem. Quando montado corretamente, as tribulações são niveladas com o piso da seção de teste. Em seguida, conecte pedaços curtos de tubo transparente e flexível de cloreto de polivinila para conectar as tabulações de aço inoxidável montadas às portas de medição do transdutor de pressão de varredura.

O transdutor de pressão de varredura possui 16 portas de pressão. Inicie a aquisição de dados de pressão de superfície conectando o transdutor de pressão de varredura a um computador e configurando os parâmetros de aquisição usando o software do transdutor de pressão de varredura. Defina o software de aquisição para adquirir dados em 500 hertz pela duração desejada da aquisição de dados.

Em seguida, defina o túnel de vento de sucção para a velocidade desejada. Agora comece a aquisição da medição de pressão. As medições de pressão podem ser adquiridas simultaneamente com qualquer técnica de diagnóstico de fluxo desejada.

Por exemplo, laser PIV, simetria de vela doppler e anemometria de fio quente. O pólipo modelo foi testado em condições de fluxo constante com um número de Reynolds de 9.000. A linha de separação primária a montante é exibida como a linha escura a montante do pólipo.

Perto da esteira do pólipo estão dois nós de concentração de vorticidade, que são os pontos de fixação para dois tubos de vórtice contra-rotativos que formam as pernas do vórtice de gancho de cabelo a jusante. Aqui é mostrada uma imagem de visualização do fluxo de óleo para um pólipo modelo em fluxo cruzado com um número de Reynolds de 9.000. As linhas escuras que se estendem a jusante dos lados do pólipo, representando os limites externos da esteira, convergem até o ponto de fixação devido ao vórtice de recirculação atrás do objeto.

Os resultados da visualização do fluxo de óleo para as condições de fluxo constante confirmam a formação de um sistema de vórtice em ferradura a montante do pólipo modelo e vórtices em grampo a jusante do pólipo. As medições de pressão a montante e a jusante ao longo de um único ciclo oscilatório são mostradas aqui. A linha vermelha localizada na posição número três indica o local da pressão mais baixa na região de refluxo diretamente a jusante do pólipo.

Verificou-se que os valores individuais do transdutor de pressão mudam ao longo do ciclo, e a diferença de pressão entre os locais do transdutor variou em função da localização do ciclo e, portanto, da velocidade média mostrada. Aqui está um estudo relacionado usando pregas vocais modelo acionadas e um pólipo de prega vocal modelo montado na parede. A direção do fluxo de fluido está fora da tela.

As setas coloridas mostram os gráficos vetoriais da magnitude da velocidade à medida que as pregas vocais começam a se abrir. Um canal convergente é formado e um gradiente de pressão favorável é desenvolvido. O fluxo passa sobre o pólipo e é direcionado para a linha média.

À medida que a glote atinge sua largura máxima e assume uma configuração paralela, dois vórtices de fluxo em contra-rotação são formados. À medida que as pregas vocais se fecham, o fluxo é forçado ao redor do pólipo e para longe da linha média ântero-posterior Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em poucos minutos se for executada corretamente. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como adquirir dados de visualização do fluxo de óleo, que podem ser usados para identificar regiões de alta e baixa velocidade das linhas de atrito da pele e para construir mapas topológicos de fluxos tridimensionais complexos.