Name: Métodos para medir a orientação e rotação Taxa de partículas em Turbulência 3D-impressos (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-06-24T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 34 s
Description: Aprenda a fabricar partículas anisotrópicas com impressão 3D e medir sua orientação e rotação em fluxos turbulentos usando imagens estereoscópicas. Este método avança a compreensão da dinâmica de fluidos.

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Agradecemos Susantha Wijesinghe que projetou e construiu o sistema de compressão de imagem que usamos. Nós reconhecemos o apoio da DMR-1208990 concessão NSF.

<ol><li>Marcus, G., Parsa, S., Kramel, S., Ni, R., Voth, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurements+of+the+Solid-body+Rotation+of+Anisotropic+Particles+in+3D+Turbulence%5BTitle%5D)+AND+%22New+J.+Phys%22%5BJournal%5D)">Measurements of the Solid-body Rotation of Anisotropic Particles in 3D Turbulence.</a> New J. Phys. 16, 102001(2014).</li>
<li>Bretherton, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+motion+of+rigid+particles+in+a+shear+flow+at+low+Reynolds+number%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">The motion of rigid particles in a shear flow at low Reynolds number.</a> J. Fluid Mech. 14 (02), 284-304 (1962).</li>
<li>Oullette, N., Xu, H., Bodenschatz, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+quantitative+study+of+three-dimensional+Lagrangian+particle+tracking+algorithms%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+in+Fluids%22%5BJournal%5D)">A quantitative study of three-dimensional Lagrangian particle tracking algorithms.</a> Exp. in Fluids. 40 (2), 301-313 (2006).</li>
<li>Open Source Particle Tracking Velocimetry. , Open PTV Consortium. Available from:
 <a target="_blank" href="www.openptv.net">www.openptv.net</a> (2014).</li>
<li>Parsa, S., Calzavarini, E., Toschi, F., Voth, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rotation+Rate+of+Rods+in+Turbulent+Fluid%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Rotation Rate of Rods in Turbulent Fluid.</a> Phys. Rev. Lett. 109 (13), 134501(2012).</li>
<li>Parsa, S., Voth, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inertial+Range+Scaling+in+Rotations+of+Long+Rods+in+Turbulence%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Inertial Range Scaling in Rotations of Long Rods in Turbulence.</a> Phys. Rev. Lett. 112 (2), 024501(2014).</li>
<li>Tsai, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+versatile+camera+calibration+technique+for+high-accuracy+3d+machine+vision+metrology+using+off-the-shelf+tv+cameras+and+lenses%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Journal+of+Robotics+and+Automation%22%5BJournal%5D)">A versatile camera calibration technique for high-accuracy 3d machine vision metrology using off-the-shelf tv cameras and lenses.</a> IEEE Journal of Robotics and Automation. 3 (4), 323-344 (1987).</li>
<li>Blum, D., Kunwar, S., Johnson, J., Voth, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+nonuniversal+large+scales+on+conditional+structure+functions+in+turbulence%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Fluids%22%5BJournal%5D)">Effects of nonuniversal large scales on conditional structure functions in turbulence.</a> Phys. Fluids. 22 (1), 015107(2010).</li>
<li>Mann, J., Ott, S., Andersen, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+study+of+relative%2C+turbulent+diffusion%5BTitle%5D)+AND+%22RISO+Internal+Report%22%5BJournal%5D)">Experimental study of relative, turbulent diffusion.</a> RISO Internal Report. , R-1036 (1999).</li>
<li>Chan, K., Stich, D., Voth, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+image+compression+for+high-speed+particle+tracking%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Real-time image compression for high-speed particle tracking.</a> Rev. Sci. Instrum. 78 (2), 023704(2007).</li>
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<li>Parsa, S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Rotational+dynamics+of+rod+particles+in+fluid+flows%22">Rotational dynamics of rod particles in fluid flows</a>. , Wesleyan University. Ph.D. Thesis (2013).</li>
<li>Wijesinghe, S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Measurement+of+the+effects+of+large+scale+anisotropy+on+the+small+scales+of+turbulence%22">Measurement of the effects of large scale anisotropy on the small scales of turbulence</a>. , Wesleyan University. Ph.D. Thesis (2012).</li>
<li>Wallace, J., Foss, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Measurement+of+Vorticity+in+Turbulent+Flows%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">The Measurement of Vorticity in Turbulent Flows.</a> Annu. Rev. Fluid Mech. 27, 469-514 (1995).</li>
<li>Su, L., Dahm, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scalar+imaging+velocimetry+measurements+of+the+velocity+gradient+tensor+field+in+turbulent+flows.+I.+Assessment+of+errors%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Fluids%22%5BJournal%5D)">Scalar imaging velocimetry measurements of the velocity gradient tensor field in turbulent flows. I. Assessment of errors.</a> Phys. Fluids. 8, 1869-1882 (1996).</li>
<li>Lüthi, B., Tsinober, A., Kinzelbach, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lagrangian+measurement+of+vorticity+dynamics+in+turbulent+flow%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Lagrangian measurement of vorticity dynamics in turbulent flow.</a> J. Fluid Mech. 528, 87-118 (2005).</li>
<li>Frish, M., Webb, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+measurement+of+vorticity+by+optical+probe%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Direct measurement of vorticity by optical probe.</a> J. Fluid Mech. 107, 173-200 (1981).</li>
<li>Zimmerman, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tracking+the+dynamics+of+translation+and+absolute+orientation+of+a+sphere+in+a+turbulent+flow%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Tracking the dynamics of translation and absolute orientation of a sphere in a turbulent flow.</a> Rev. Sci. Instrum. 82 (3), 033906(2011).</li>
<li>Zimmerman, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rotational+Intermittency+and+Turbulence+Induced+Lift+Experienced+by+Large+Particles+in+a+Turbulent+Flow%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Rotational Intermittency and Turbulence Induced Lift Experienced by Large Particles in a Turbulent Flow.</a> Phys. Rev. Lett. 106 (15), 154501(2011).</li>
<li>Klein, S., Gibert, M. athieu, Bérut, A., Bodenschatz, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+3D+measurement+of+the+translation+and+rotation+of+finite-size+particles+and+the+flow+field+in+a+fully+developed+turbulent+water+flow%5BTitle%5D)+AND+%22Meas.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Simultaneous 3D measurement of the translation and rotation of finite-size particles and the flow field in a fully developed turbulent water flow.</a> Meas. Sci. Technol. 24 (2), 1-10 (2013).</li>
<li>Bellani, G., Byron, M., Collignon, A., Meyer, C., Variano, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shape+effects+on+turbulent+modulation+by+large+nearly+neutrally+buoyant+particles%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Shape effects on turbulent modulation by large nearly neutrally buoyant particles.</a> J. Fluid Mech. 712, 41-60 (2012).</li>
</ol>

Os autores não têm interesses financeiros concorrentes para divulgar.

As medições da vorticidade e rotação de partículas no fluxo de fluido turbulento têm sido reconhecidos como metas importantes em mecânica dos fluidos experimentais. A rotação do corpo sólido de pequenas esferas em turbulência é igual a metade da vorticidade fluido, mas a simetria rotacional de esferas fez a medição directa da sua rotação de corpo sólido difícil. Tradicionalmente, a vorticidade fluido foi medida usando complexo, multi-sensor, hot-wire sondas 14. Mas estes sensores só obter medições de vorticid...

Em recente publicação, que introduziu o uso de partículas feitas a partir de múltiplos braços delgados para medir o movimento rotacional de partículas na turbulência 1. Estas partículas podem ser fabricadas usando impressoras 3D, e é possível medir com precisão a sua posição, orientação e taxa de rotação usando múltiplas câmeras. Usando ferramentas de teoria de corpo delgado, pode ser demonstrado que estas partículas têm elipsóides eficazes 2 correspondente, e os movimentos de rotação destas partículas são idênticos àqueles dos respectivos elipsóides eficazes. Partículas com braços simétricos de comprimento igual giram como esferas. Uma tal partícula é uma tomada, que tem três braços perpendiculares entre si ligado no seu centro. Ajustando os comprimentos relativos dos braços de uma tomada pode formar uma partícula equivalente a qualquer elipsóide triaxial. Se o comprimento de um braço é definida igual a zero, isto cria uma cruz, cujo elipsóide equivalente é um disco. Partículas feitas de delgadobraços ocupam uma pequena fração do volume sólido de suas contrapartes elipsoidais sólidos. Como resultado, eles sedimentam mais lentamente, tornando-os mais fácil de combinar densidade. Isto permite o estudo das partículas muito maiores do que é conveniente, com partículas elipsoidais sólidos. Além disso, a imagem pode ser realizado a concentrações de partículas muito mais elevadas, porque as partículas bloquear uma fracção menor da luz a partir de outras partículas. Neste trabalho, métodos de fabricação e controle de partículas impresso-3D são documentados. Ferramentas para seguir o movimento de translação de partículas esféricas a partir de posições de partículas como pode ser visto por várias câmaras foram desenvolvidas por vários grupos 3,4. Parsa et ai. 5 estendido esta abordagem para rastrear hastes utilizando a posição e orientação das barras visto por várias câmaras. Aqui, nós apresentamos os métodos para a fabricação de partículas de uma larga variedade de formas e reconstruindo as suas orientações em 3D. Isto oferece the possibilidade de alargar o acompanhamento 3D de partículas com formas complexas para uma ampla gama de novas aplicações. Esta técnica tem um grande potencial para o desenvolvimento por causa da grande variedade de formas de partículas que podem ser projetados. Muitas destas formas têm aplicações diretas dos fluxos ambientais, onde plâncton, sementes e cristais de gelo vêm em uma ampla variedade de formas. As ligações entre as rotações de partículas e propriedades fundamentais de pequena escala de escoamentos turbulentos 6 sugerem que o estudo de rotações dessas partículas proporciona novas maneiras de olhar para o processo em cascata turbulento.

<table><tbody><tr><td>Condor Nd:YAG 50 W laser</td><td>Quantronics</td><td>532-30-M</td><td></td></tr><tr><td>Câmera de alta velocidade</td><td>Basler</td><td>A504k</td><td></td></tr><tr><td>Câmera de alta velocidade</td><td>Mikrotron</td><td>EoSens Mc1362</td><td></td></tr><tr><td>Rodamina-B</td><td></td><td>ScienceLab.com SLR1465</td><td></td></tr><tr><td>Hidróxido de Sódio</td><td>Macron</td><td>7708</td><td>Pellets.</td></tr><tr><td>500 Impressora 3D Connex</td><td>Objet</td><td></td><td>Usado para fazer partículas menores. Partículas encomendadas de RP+M (prototipagem rápida mais fabricação).</td></tr><tr><td>VeroClear</td><td>Stratasys</td><td>RGD810</td><td>Material de construção Objet.</td></tr><tr><td>Resina de Fotopolímero Clear Form 1</td><td>Formlabs</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lentes</td><td></td><td></td><td></td>cilíndricas e esféricas</tr><tr><td>Lentes</td><td></td><td></td> de câmera macro de 200 mm <td>F-mount.</td></tr><tr><td>Banho ultrassônico</td><td>Sonicator</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cloreto de cálcio</td><td>Spectrum Chemical Mfg. Corp.</td><td>CAS 10043-52-2</td><td>Pellets.</td></tr><tr><td>Software de projeto de sistemas LabVIEW</td><td>National Instruments</td><td></td><td>Usado para acionar câmeras, grade de controle e disparar laser.</td></tr><tr><td>Software XCAP</td><td>EPIX</td><td></td><td>Usado com o LabVIEW para acionar câmeras.</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>Mathworks</td><td></td><td>Usado para todas as análises de imagens e dados. Programas para extrair orientações 3D de várias imagens estão incluídos nesta publicação.</td></tr><tr><td>OpenPTV: Velocimetria de rastreamento de partículas de código aberto</td><td>OpenPTV Consortium</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ParaView</td><td>Kitware</td><td></td><td></td></tr><tr><td>AutoCAD</td><td>AutoDesk</td><td></td><td>Usado para projetar todas as partículas. As capturas de tela de designs de partículas são todas do AutoCAD.</td></tr><tr><td>Malha com furos de 0,040 x 0,053 polegadas</td><td>Rede Industrial</td><td>XN5170- 43.5</td><td></td></tr><tr><td>Filtros de câmera</td><td>Schneider Optics</td><td>B+W 040M</td><td></td></tr></tbody></table>

métodos para medir a orientação e rotação taxa de partículas em turbulência 3d-impressos

Methods for Measuring the Orientation and Rotation Rate of 3D-printed Particles in Turbulence

Métodos experimentais são apresentados para medir o movimento de rotação e de translação de partículas anisotrópicos em fluxos de fluido turbulentos. A tecnologia de impressão 3D é usado para fabricar partículas com braços delgados ligados a um centro comum. Shapes exploradas são cruzes (duas hastes perpendiculares), macacos (três hastes perpendiculares), tríades (três hastes na simetria planar triangular), e tetrads (quatro braços em simetria tetraédrica). Métodos para a produção da ordem de 10.000 partículas tingidos fluorescentemente são descritos. Medições resolvida no tempo da respectiva orientação e taxa de rotação de corpo sólido são obtidos a partir de quatro vídeos sincronizados de seu movimento em um fluxo turbulento entre grades oscilantes com R λ = 91. Neste Reynolds baixo fluxo relativamente número, as partículas advectado são pequenos o suficiente que se aproximem partículas tracer elipsoidais. Nós apresentamos resultados de trajetórias 3D resolvidas no tempo de posição e orientação das partículas comobem como medições das suas velocidades de rotação.

A Figura 3a mostra uma imagem de um tétrade de uma das nossas câmaras acima de uma trama do ângulos de Euler obtido a partir de uma secção da sua trajectória (Figura 3c). Na Figura 3b, os resultados do algoritmo de encontrar orientação, descrito no protocolo 5-5,3, são sobrepostos na imagem de tétrade. Os braços de tétrade na Figura 3a não seguem as distribuições de intensidade simples que são utilizados para criar o mod...

Usamos a impressão 3D para fabricar partículas anisotrópicas na forma de macacos, cruzes, tétrades e tríades, cujos alinhamentos e rotações no fluxo turbulento de fluidos podem ser medidos a partir de várias imagens de vídeo simultâneas.

Métodos para medir a orientação e rotação Taxa de partículas em Turbulência 3D-impressos

Experimental methods are presented for measuring the rotational and translational motion of anisotropic particles in turbulent fluid flows. 3D printing ...

O objetivo geral deste experimento é utilizar a impressora 3D para fabricar partículas de uma grande variedade de formas e medir seu movimento em um fluxo turbulento. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na dinâmica dos fluidos, como a forma como as partículas giram e se alinham em fluxos turbulentos. Sua principal vantagem é permitir medições precisas, resolvidas no tempo, das orientações de partículas com formas complexas, as quais não poderiam ser obtidas com métodos anteriores.Este método proporcionou uma compreensão do movimento de discos e esferas em turbulência e pode ser utilizado para medir a dinâmica de partículas com formas complexas em muitas outras situações. Em geral, indivíduos novos neste método terão dificuldades com a calibração da câmera 3D e com a adaptação do algoritmo de determinação de orientação às partículas específicas utilizadas. Auxiliando na demonstração do procedimento estará Guy Marcus, que realizou os experimentos originais com cruzes e peças em forma de dama.Inicie utilizando um software de design auxiliado por computador para criar modelos de partículas para impressão. Para criar uma tríade usando o AutoCAD, primeiro utilize o comando círculo para desenhar um círculo com diâmetro de 0,3 milímetros. Em seguida, utilize o comando extrusão para criar um cilindro com três milímetros de comprimento.Cilindros deste tamanho são os blocos estruturais das partículas. Agora, use o comando de rotação e selecione o eixo de rotação ao longo do eixo X, com um ângulo de rotação de 90 graus. Ajuste a visualização para permitir espaço para trabalhar com outros cilindros.Em seguida, faça uma cópia do cilindro que será o segundo braço da tríade. Na extremidade deste cilindro, aplique o comando girar 3D com o eixo de rotação ao longo do eixo Z. Gire o cilindro 120 graus para formar a tríade.Mova o cilindro rotacionado para a posição correta para formar um braço da tríade. Os centros das extremidades do cilindro devem coincidir. Confeccione e posicione o terceiro braço da mesma maneira.Em seguida, gire o objeto para que nenhum cilindro aponte ao longo do eixo vertical ou horizontal. Quando todos os braços estiverem posicionados, selecione-os todos e use o comando de união para juntá-los em um único objeto. Salve o arquivo em um formato adequado para impressão 3D.Crie as demais partículas a serem utilizadas no experimento seguindo etapas semelhantes. Além da tríade, há a cruz, formada por dois cilindros ortogonais com um centro comum, o jack, composto por três cilindros mutuamente ortogonais com um centro comum, e a tétrade, na qual os cilindros compartilham uma extremidade comum e estão dispostos em ângulos de 109,5 graus entre si. Imprima cerca de 10.000 partículas de cada tipo em modo de alta resolução.Prepare-se para armazenar as partículas impressas em uma solução na qual elas sejam neutras em termos de flutuabilidade. Para isso, utilize uma solução de cloreto de cálcio e aproximadamente 1.600 litros de água na densidade de flutuabilidade neutra. Remova cerca de um litro da solução para armazenar cada tipo de partícula.Leve o litro de solução para a bancada e inicie o trabalho com as partículas. As partículas utilizadas neste experimento foram produzidas comercialmente. Elas chegam embutidas em resina, usada como material de suporte.Libere as partículas quebrando suavemente os pedaços grandes em seções menores. Trabalhe com cada seção massageando-a manualmente até que grande parte da resina em excesso seja removida. Isso facilitará as etapas posteriores.Para limpar ainda mais as partículas, prepare uma solução a 10% em massa de hidróxido de sódio em um béquer. Em seguida, coloque algumas partículas e o que restou do revestimento de resina no béquer para remover a resina. Coloque o béquer com a solução em um banho ultrassônico.Mantenha as partículas no banho ultrassônico por uma hora inicialmente e, em seguida, por mais meia hora após a lavagem. Para recuperar as partículas, prepare um segundo béquer para receber a solução de hidróxido de sódio do banho e um filtro. Após a conclusão dos passos de limpeza ultrassônica, use luvas para retirar o béquer do banho e despeje o conteúdo através do filtro no segundo béquer.Lave as partículas antes de transferi-las para a solução com densidade ajustada, onde serão imersas para evitar deformação. Essas são partículas que foram liberadas de sua resina, limpas em banho ultrassônico e agora estão prontas para serem coradas para fluorescer sob luz laser verde. Para corar as partículas, utilize uma solução de um litro de corante Rodamina-B em água e coloque-a em uma placa aquecedora.Aqueça o corante a 80 graus Celsius para o material desta partícula. Encha vagamente um recipiente pequeno com partículas do armazenamento. Isso corresponderá a cerca de 2.500 partículas.Adicione as partículas à solução corante e mantenha a temperatura enquanto estiverem imersas. Após cerca de duas ou três horas, remova a solução e as partículas do aquecimento. Use uma peneira e um recipiente separado para filtrar as partículas da solução.Tenha cuidado para não danificá-los enquanto estiverem macios devido ao calor. Em seguida, lave cuidadosamente as partículas para remover o corante em excesso. Quando concluído, armazene-as na solução de flutuabilidade neutra até que sejam necessárias para o experimento.O experimento será realizado em um tanque com câmeras posicionadas para registrar as partículas no centro do fluxo. Este esquema fornece uma visão geral da configuração do tanque, que possui uma seção transversal octogonal, grades oscilantes utilizadas para criar fluxo turbulento, o volume de medição e as posições das câmeras. Utilize no mínimo quatro câmeras para garantir a precisão na medição da orientação.Cada câmera deve ter uma resolução de pelo menos um megapixel a 450 quadros por segundo e estar conectada a um computador dedicado. Posicione as câmeras com grandes ângulos entre quaisquer duas delas e certifique-se de que todas estejam focadas no volume de medição desejado. Para minimizar a distorção óptica, são instaladas portas de visualização no tanque que são perpendiculares à direção de visão das câmeras.Em seguida, coloque uma máscara de calibração de imagem no volume de medição do tanque. Isso permitirá a análise dos dados experimentais coletados pelas câmeras. Para simular as condições experimentais, comece a encher o tanque com a solução de flutuabilidade neutra em massa.Quando o tanque estiver cheio, configure as luzes para iluminar a máscara. Em seguida, retorne ao trabalho com as câmeras. Foque cada câmera em um mesmo ponto da máscara, depois adquira e armazene imagens para calibração.Após drenar o tanque, continue montando o experimento colocando um laser de granada de neodímio-ítrio-alumínio. Posicione um divisor de feixe para direcionar parte do feixe do laser a um espelho. A luz vai do espelho através de lentes que formam um feixe cilíndrico e entra no tanque.No lado oposto do tanque, coloque um espelho para refletir a luz laser que sai de volta ao longo de seu percurso. Use a outra saída do divisor de feixe e uma configuração semelhante de espelhos e lentes para criar um feixe cilíndrico perpendicular ao primeiro, conforme mostrado neste esquema em vista superior. Os espelhos onde os feixes saem ajudam a criar uma iluminação mais uniforme.Em seguida, inspecione o tanque preenchido com solução neutra de cloreto de cálcio desgaseificada. Antes de prosseguir, certifique-se de que as câmeras e o software de aquisição de dados estão prontos. Prepare-se para adicionar as aproximadamente 10.000 tétrades que foram preparadas para este experimento ao tanque.Mova-os para a posição próxima à abertura na parte superior do tanque. Quando estiver pronto, abra a abertura e adicione as partículas à água no tanque. Feche a abertura assim que todas as partículas tiverem sido adicionadas.Em seguida, dirija-se ao laser. Ligue-o e abra a abertura do laser. Em seguida, use os controles da grade para iniciar a oscilação da grade em três hertz.No tanque, deixe a grade oscilar por cerca de um minuto para permitir que a turbulência se desenvolva completamente. Nesse momento, inicie a aquisição de dados e registre cerca de um milhão de quadros. Ao final da execução, pare a coleta de dados e feche a abertura do laser.Após a realização de todos os experimentos, dirija-se à saída do tanque. Coloque ali um filtro para remover as partículas da solução e esvazie o tanque. Guarde as partículas coletadas na solução de flutuabilidade neutra para uso posterior.Realize a análise dos dados nas imagens registradas usando um software para determinar a posição e orientação da partícula. Os seguintes passos são implementados no software. A partir de quatro imagens síncronas de uma partícula capturadas pelas quatro câmeras, utilize informações bidimensionais para determinar sua posição tridimensional.Projete um modelo numérico tridimensional da partícula iluminada em cada câmera utilizando os parâmetros de calibração da câmera. Isso cria um modelo bidimensional da intensidade da luz proveniente da partícula em todas as quatro câmeras. Em seguida, execute uma rotina de ajuste por mínimos quadrados não lineares para encontrar a orientação do modelo que melhor se ajusta ao que é visto em todas as quatro câmeras.Combine as informações provenientes das quatro câmeras para minimizar a diferença entre o modelo projetado em cada câmera e a partícula observada. Esses passos serão realizados em todos os quadros que apresentarem partículas visíveis para todas as câmeras. Esta é a evolução de um tetrad em posição e orientação.Observe a mudança descontínua na orientação dos braços da tétrade, o que é possível ocorrer sem proteções. Esta segunda versão da evolução da tétrade mostra que o software garante que os ângulos do distribuidor de óleo em cada quadro sejam a menor rotação em relação ao quadro anterior. As informações de posição e orientação são salvas para uso posterior.Esta é uma imagem de câmera de um tetrad no experimento. Na segunda imagem, o modelo sobreposto indica a orientação determinada pelo algoritmo. Apesar da simplicidade do modelo de intensidade bidimensional, o método produz medidas precisas da orientação da partícula.No experimento, o algoritmo de detecção de orientação é utilizado para obter a evolução dos ângulos do oleador ao longo de toda a trajetória de cada partícula. Esta é uma reconstrução da trajetória completa de um tetraedro através do volume observado. Isso é alcançado combinando a orientação e as coordenadas tridimensionais da partícula em cada quadro em que ela está visível para todas as quatro câmeras.O comprimento da trilha é de 229 quadros. Observe que a partícula não está desenhada em escala. Os dados também permitem a determinação da função de densidade de probabilidade da taxa de tombamento medida.Os quadrados vermelhos são dados para cruzes. Os círculos azuis são dados para conectores. A linha contínua representa o resultado da simulação numérica de esferas, que corresponde muito bem aos dados experimentais.Uma vez dominada, essa técnica pode ser realizada em três dias, se executada corretamente. Ao tentar este procedimento, é importante deixar as partículas algumas horas nas soluções de diferentes densidades. Também é essencial garantir que as câmeras estejam adequadamente alinhadas, fixadas e sincronizadas durante toda a duração do experimento.Após este procedimento, outros métodos, como o rastreamento de partículas traçadoras, podem ser utilizados para medir como partículas impressas em 3D respondem ao tensor completo do gradiente de velocidade no fluxo circundante. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como usar partículas anisotrópicas para extrair informações sobre o tensor do gradiente de velocidade a partir de fluxo turbulento utilizando quatro imagens estereoscópicas de vídeo. Não se esqueça de que trabalhar com corante Rodamina-B e hidróxido de sódio pode ser perigoso, e precauções como o uso de luvas e óculos de proteção devem sempre ser tomadas ao realizar este procedimento.

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Engenharia

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Encapsulamento e Permeabilidade características das partículas de plasma polimerizados ocas

Este artigo demonstra o procedimento experimental para medir velocidades de assentamento terminal de partículas esféricas em fluidos viscoelásticos à base de surfactante. Fluidos sobre uma ampla gama de propriedades reológicas são preparados e velocidades de assentamento são medidas para uma variedade de tamanhos de partículas em fluidos e fluidos não vinculados entre paredes paralelas.

Medição experimental da velocidade de assentamento de partículas esféricas em fluidos viscosticos não confinados e confinados

dispositivos Acoustofluidic usar ondas ultra-sônicas no prazo de canais microfluídicos para manipular, concentrar e isolar micro suspenso e entidades nanoscópicas. Este protocolo descreve a fabricação e operação de um tal dispositivo de suporte de ondas estacionárias acústicas granel para concentrar partículas em uma linha de corrente central, sem a ajuda de fluidos de bainha.

Fabricação e operação de Acoustofluidic dispositivos que suportam a granel ondas acústicas pe para Sheathless Focando de Partículas

Um scanner para imagiologia de partículas magnéticas nas amostras planas foi desenvolvido utilizando a frequência plana mistura técnica de detecção magnética. A resposta magnética produto de intermodulação da magnetização nonhysteretic não linear das partículas é gravada em cima de uma excitação de dois frequência. Ele pode ser usado para captar imagens 2D de amostras biológicas finas.

Frequência mistura Scanner Detecção magnética for Imaging Partículas Magnéticas em amostras Planar

Este artigo apresenta um aparelho baseado em impedância para detecção de taxa de evaporação de soluções. Ele oferece vantagens claras sobre uma abordagem de perda de peso convencional: uma resposta rápida, detecção de alta sensibilidade, uma pequena exigência de exemplo, várias medidas de amostras, e de fácil desmontagem para fins de limpeza e reutilização.

A plataforma baseada em alta impedância de desempenho para a detecção Taxa de evaporação

Aprenda a fabricar partículas anisotrópicas com impressão 3D e medir sua orientação e rotação em fluxos turbulentos usando imagens estereoscópicas. Este método avança a compreensão da dinâmica de fluidos.

Métodos para medir a orientação e rotação Taxa de partículas em Turbulência 3D-impressos

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