Мы используем 3D-печать для изготовления анизотропных частиц в форме джеков, крестов, тетрад и триад, чьи выравнивания и вращения в турбулентном потоке жидкости можно измерить по нескольким одновременным видеоизображениям.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Методы измерения ориентации и Скорость вращения 3D-распечатаны Частицы в Турбулентность
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Экспериментальные методы представлены для измерения вращательного и поступательного движения анизотропных частиц в турбулентных потоках жидкости. Технология 3D печать используется для изготовления частиц с тонкими руками, соединенных в едином центре. Формы изученными являются кресты (два перпендикулярных стержней), домкраты (три перпендикулярных стержней), триадами (три стержней в треугольной плоской симметрии) и тетрад (четыре руки в тетраэдрической симметрии). Способы получения от порядка 10000 флуоресцентно окрашенная частиц описаны. Время-разрешенные измерения их ориентации и скорости вращения твердого тела получаются из четырех синхронизированных видео их движения в турбулентном потоке между колеблющейся решетки с R λ = 91. В этом относительно низкорейнольдсовых потока чисел, то адвектируется частицы достаточно малы что они приблизительно эллипсоидальные маркерные частицы. Представлены результаты времяразрешенных 3D траекторий положения и ориентации частиц, кака также измерения их скорости вращения.
Введение
В недавней публикации, мы ввели использование частиц , изготовленных из нескольких тонких рук для измерения вращательного движения частиц в условиях турбулентности 1. Эти частицы могут быть изготовлены с использованием 3D-принтеры, и можно точно измерить их положение, ориентацию, и скорость вращения с помощью нескольких камер. Использование инструментов от стройной теории тела, можно показать , что эти частицы имеют соответствующие эффективные эллипсоиды 2, а вращательные движения этих частиц идентичны таковым из их соответствующих эффективных эллипсоидов. Частицы с симметричными руками одинаковой длины вращаются как сферы. Одним из таких частиц....
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
1. Изготовление частиц
- Использование 3D вычерчивания с помощью компьютера программу для создания моделей частиц. Экспорт одного файла в модели в формате, который может быть обработан с помощью 3D-принтера используется.
- Используйте команду Circle, чтобы нарисовать круг диаметром 0,3 мм. Используйте функцию Extrude, чтобы сделать цилиндр длиной 3 мм.
- Сделать крест с двумя ортогональными цилиндров с общим центром; сделать гнездо с тремя взаимно перпендикулярных цилиндров с общим центром; сделать тетраду с четырьмя цилиндрами разделяя общий конец при 109,5 ° углом друг к другу; делают триаду с тремя цилиндрами в плоскости, имеющих общую коне....
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
Рисунок 3a показывает изображение тетрады от одного из наших камер над участком углов Эйлера , полученный из участка его траектории (рис 3в). На рисунке 3b, результаты ориентации ознакомительной алгоритма, описанного в Протоколе 5 - 5.3, накладываются на тетрады изображения. Руки тетрады на рисунке 3а не следуют простые распределения интенсивности, которые используются для создания модели (протокол 5.1.3.1). Это справедл.......
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
Измерения вихря и вращения частиц в турбулентном потоке жидкости уже давно признаны в качестве важных целей в экспериментальной механике жидкости. Вращение твердого тела маленьких сфер в турбулентности равна половине завихренности жидкости, но осевую симметрию сфер сделала прямое измерение их вращения твердого тела трудной. Традиционно завихренности жидкости была измерена с использованием комплекса, полидатчиковую, термоанемометрические зондов 14. Но эти датчики только получить измерения завихренности одноточ.......
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Авторы не имеют конкурирующих финансовых интересов раскрывать.
Благодарности
Мы благодарим Susantha Wijesinghe, который спроектирован и построен систему сжатия изображения мы используем. Мы признаем, поддержка со стороны гранта NSF DMR-1208990.
....Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Condor Nd:YAG 50 Вт лазер | Quantronics | 532-30-M | |
| Высокоскоростная камера | Basler | A504k | |
| Высокоскоростная камера | Mikrotron | EoSens Mc1362 | |
| Родамин-B | ScienceLab.com | SLR1465 | |
| гидроксидом натрия | Macron | 7708 | Pellets. |
| 500 Connex 3D-принтер | Objet | Используется для изготовления более мелких частиц. Частицы, заказанные у RP+M (быстрое прототипирование плюс производство). | |
| VeroClear | Stratasys | RGD810 | Objet. |
| Clear Form 1 Фотополимерная смола | Formlabs | ||
| Цилиндрические и сферические объективы | |||
| 200 мм для | байонетом F. | ||
| Ультразвуковая ванна | Соникатор | ||
| Хлорид кальция | Spectrum Chemical Mfg. Corp. | CAS 10043-52-2 | Пеллеты. |
| Программное обеспечение для проектирования систем | LabVIEW National Instruments | Используется для запуска камер, управляющей сетки и запуска лазера. | |
| Программное обеспечение | XCAP EPIX | Используется с LabVIEW для запуска камер. | |
| MATLAB | Mathworks | Используется для анализа всех изображений и данных. Программы для извлечения 3D-ориентаций из нескольких изображений включены в эту публикацию. | |
| OpenPTV: Скорость отслеживания частиц с открытым исходным кодом | OpenPTV Consortium | ||
| ParaView | Kitware | ||
| AutoCAD | AutoDesk | Используется для проектирования всех частиц. Скриншоты конструкций частиц созданы в AutoCAD. | |
| Сетка с отверстиями 0,040 x 0,053 дюйма | Промышленная сетка | XN5170– 43.5 | |
| Фильтры для фотоаппаратов | Schneider Optics | B+W 040M |
Ссылки
- Marcus, G., Parsa, S., Kramel, S., Ni, R., Voth, G. Measurements of the Solid-body Rotation of Anisotropic Particles in 3D Turbulence. New J. Phys. 16, 102001(2014).
- Bretherton, F. The motion of rigid particles in a shear flow at low Reynolds number. J. Fluid ....
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
Теги
Частицынапечатанные на 3D-принтереизмерение турбулентного потокаотслеживание ориентации частицанализ скорости вращениявизуализация флуоресцентных частицстереоскопическая видеокалибровкатурбулентность с осциллирующей решеткойанизотропная динамика частицтензор градиента скоростираствор с нейтральной плавучестью
