Методическая статья

Аналоговый макроскопических методика для изучения молекулярных гидродинамические процессы в плотных газов и жидкостей

DOI:

10.3791/56632

⸱

4 декабря 2017 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Mechanical Engineering, University of North Carolina at Charlotte

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Представлен экспериментально доступных аналоговых метод для изучения молекулярных гидродинамических процессов в густой жидкости. Техника использует Велосиметрия изображение частиц вибрации, высокой реституции зерна свай и позволяет прямой, макроскопической наблюдения динамических процессов, известных и предсказал существование в сильно взаимодействующих, высокая плотность газов и жидкостей.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Описан аналоговый, макроскопической метод для изучения молекулярных масштаба гидродинамические процессы в плотных газов и жидкостей. Метод применяет стандартные жидкости динамической диагностики, частиц изображения Велосиметрия (PIV), измерить: i) скоростей отдельных частиц (зерна), сохранившиеся на короткие, зерно столкновение времени весы, ii) скорости систем частиц, на обоих короткие столкновение-время - и длинные, континуум поток время весы, iii) коллективные гидродинамического режимов, знаны, что существуют в плотных молекулярных жидкостей и iv) кратко - и долгосрочной-времени-шкалы скорости автокорреляционной функции, центральное значение для понимания динамики частиц масштаба в сильно взаимодействующих, густой жидкости системы. Базовая система состоит из изображений системы, источник света, вибрационные датчики, колебательной системы с известных СМИ и PIV и анализа программного обеспечения. Будут выделены необходимые экспериментальные измерения и изложение теоретических инструменты, необходимые при использовании аналоговой техники для изучения молекулярных масштаба гидродинамические процессы. Предлагаемая техника обеспечивает сравнительно простой альтернативой фотонные и нейтрон пучка рассеяния методы традиционно используется в молекулярной гидродинамические исследования.

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Молекулярные гидродинамики исследования динамики и статистической механики отдельных молекул и коллекции молекулы в жидкости. Среди многих экспериментальных методов, разработанных для изучения молекулярных гидродинамических систем1,2, рассеяние света1,2,3, молекулярные динамического моделирования4, 5,6,7 , и, в меньшей степени, наиболее часто использовались неупругого нейтронного рассеяния8 . К сожалению существенные ограничения придают последних двух методов. Моделирования молекулярной динамики (MD), например: i) являются ограничивается небольших пространственных и временных figure-introduction-1 доменов, содержащих относительно небольшое число молекул figure-introduction-2 , ii) требуют использования приблизительное межчастичных потенциалов, iii) обычно ввести периодический граничные условия, недопустимые в условиях неравновесной массового потока и iv) нельзя в настоящее время ответить на основополагающий вопрос о как молекулярном уровне динамики, с участием одной молекулы или коллекции молекул, подвержены и пара обратно, сыпучие, неравновесного потока жидкости. Основные ограничения, связанные с нейтронного рассеяния связана трудность доступа к ограниченное количество доступных источников света нейтронов.

Для того, чтобы обеспечить контекст для аналоговых экспериментальной техники, представленные в этой статье, мы подчеркиваем рассеяние света методы, применяемые для простой плотного газа и жидкости состояние жидкости. В эксперименте типичный рассеяния света поляризованный лазерный луч света направляется небольшой допроса тома, содержащего образец стационарных жидкости. Затем свет рассеянный от молекул внутри образца обнаруживается на некоторых фиксированным углом по отношению к падающего луча. В зависимости от молекулярной динамического режима интерес обнаружения и анализа рассеянного светового сигнала включает легкий фильтрации или свет, смешивая методы обнаружения. Как указано в Берне и Печора1, фильтрация методы, который зонд молекулярной динамики жидкости государства на время весы короче, чем figure-introduction-3 s, ввести пост рассеивающих интерферометр или дифракционной решетки и позволяют сканирование спектральной плотности рассеянного света. Оптические, смешивая методы, используемые для динамики медленно шкалы времени, figure-introduction-4 s, напротив, включить после рассеивающих анализатора autocorrelator или спектра, в котором спектральная содержание рассеянного сигнала добывается из измеренных рассеянного света интенсивность.

Как правило, лазерные зонды, по крайней мере те, которые действуют в видимом диапазоне спектра, у волн гораздо дольше, чем характерное расстояние между молекулы жидкости государство. В этих обстоятельствах, зонд луч возбуждает пяти коллективных, медленно шкалы времени, -длина длинные волны гидродинамического режимов2,9,10 (медленно относительно частоты характерные столкновения): два viscously затухают, противодействию распространения звуковых волн, два центровку, чисто диффузионное завихренность режимы и режим единого диффузионное тепловой (энтропия). Звуковые режимы возбужденных в (продольное) направлении падающего пучка, в то время как в поперечном направлении возбуждаются вихревые режимы.

Учитывая исключительно экспериментальным рассеяния методы, два фундаментальных вопросов, лежащих в сердце равновесной и неравновесной статистической механики, молекулярной, жидкость государственных систем, остаются вне света и измерения рассеяния нейтронов:
1) строгий аргументы9,11 показывают, что случайные, столкновения и суб-collision-время масштаба динамики отдельных молекул жидкость государства, при условии классической ньютоновской динамики или квантовой динамики, можно сформулировать в форме Обобщенные уравнения Ланжевена (GLE). GLE, в свою очередь, составляют центральный теоретический инструмент исследования неравновесной статистической механики молекул в плотных газов и жидкостей. К сожалению так как динамика отдельных молекул (не макромолекулярные) не могут быть решены либо рассеяние техника, в настоящее время не прямой путь за пределами MD моделирования, чтобы проверить действительность GLE.
2) основные гипотезы, лежащих в основе динамики жидкости макроскопических континуума, а также микромасштабной молекулярной гидродинамики, полагает, что на длину - и время весы, большой относительно молекулярной диаметров и столкновения, но небольшие по отношению к континуум Длина - и время весы, локального термодинамического равновесия (LTE) преобладает. В континуум потока тепла передачи модели и, как уравнений Навье-Стокса (NS), LTE подразумевается требуется9 для того, чтобы пара неразрывно неравновесной, континуум шкала потока и энергии транспортные возможности — как вязких напряжений сдвига и теплопроводность — строго равновесия термодинамических свойств, как температура и внутренней энергии. Аналогичным образом, в то время как микромасштабной импульса и энергии транспорта являются неразрывно неравновесных процессов, отражая появление спаренных, микромасштабной массы, импульса и энергии течения, модели этих процессов микромасштабной предполагают, что токи представляют собой малые возмущения от LTE9. Опять же в меру наших знаний, было не прямых экспериментальных испытаний Успения LTE. В частности похоже, что предпринимались попытки не молекулярного рассеяния гидродинамические эксперименты в плотной, движущихся, неравновесность потоков жидкости.

В этой статье мы приводим аналоговый экспериментальный метод, в котором макроскопических, одной частицы и динамика коллективных частицы зерна уплотненного свай, измеряется с помощью стандартных частиц Imaging Велосиметрия (PIV), может использоваться для прогнозирования косвенно, интерпретировать и разоблачить сингл и мульти - molecule гидродинамики в плотных газов и жидкостей. В недавней статье, опубликованной в нашей группе12указаны физические и теоретические элементы, позволяющие предлагаемой техники. Экспериментально, макроскопической системы должны exhibit: (i) устойчивой тенденцией к местных, статистической Механическое равновесие macroscale и малых (ii), линейных отклонений от равновесия которые имитируют (слабый) неравновесного колебания наблюдаются в молекулярные гидродинамических систем. Теоретически: (i) классической микромасштабной модели, описывающие равновесия и слабо неравновесной статистической механики плотной, взаимодействующих систем N-частиц необходимо сформулировать в форме macroscale, и (ii результирующие модели macroscale должны надежно прогнозировать динамику одного и нескольких частиц, от короткого, частиц столкновения время весы для длиной, континуум поток время весы.

Здесь мы представляем подробный экспериментальный протокол, а также представителя результаты, полученные новой техники. В отличие от MD моделирования и свет и методы нейтронного рассеяния новая методика позволяет, в первый раз, детальное изучение молекулярного гидродинамических процессов в пределах течет, сильно неравновесных, плотные газов и жидкостей.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Подготовка вибрационные системы

  1. Настройка вибрационные системы, как показано на рисунке 1. Эта система состоит из кольцевого полиуретановые чаши (с наружным диаметром 600 мм), придает односкоростные (1740/мин), несбалансированные мотор, где последний создает процесс вибрации. Это придает базе взвешенной и разделенные группы восьми пружин (чаша и взвешенной базы закупаются собраны как один кусок). Установите чашу Ассамблея на свой стенд и закрепите с двумя крючками комплект резины. Перистальтический насос место на столе возле чаши и прикрепить насос сливной шланг чашу входе точки смазки.
    1. Придаем трехосный акселерометр внутренний радиус кольцевой чаши для записанных чаша вибрации в условиях низкой амплитуды и провод акселерометр датчик сигнала кондиционера. Место формирователь сигналов на столе от вибрационные системы. Аппаратное/программное обеспечение получения данных установлен на стандартном компьютере контролируется комбинация акселерометра/сигнал кондиционера.
  2. Подготовьте выбранный медиа, мытья в воде и позволяя высохнуть. Несколько видов средств массовой информации были использованы в ходе различных экспериментов. Для этого документ используйте керамические шлифовальные СМИ, прямого покроя треугольник (10 мм х 10 мм x 10 мм треугольник с передней и толщиной 10 мм).
    1. Определите средства массовой информации, упаковки плотность сначала пустой пластиковый мешок в масштабах лаборатории и Довешивание масштаба. Заполните полиэтиленовый пакет с выбранного средства массовой информации (не превышает 18.927 Л (5 gal) и запишите вес СМИ (g или кг). Для этого типа средств массовой информации и текущей экспериментальной установки вес был 22.68 кг (50 фунтов).
      1. Место ведро в большой раковиной или вне здания от другого оборудования. Заполните ведро (для этого созданы, использовался 18.927 L (5 gal) ведро) водой до отметки полного и медленно опустите пластиковый мешок, полный СМИ в ведро. После того, как мешок СМИ полностью погружен, медленно поднимите мешок из воды, чтобы избежать разбрызгивания и поместить мешок в сторону. Используйте баллон 1000мл окончил пополнить ведро для его первоначального полного Марк, запись общее количество добавленной воды. Это количество добавленной воды будет figure-protocol-1 где figure-protocol-2 материал упаковки объем средств массовой информации (для этого созданы, 13750 мл воды был добавлен обратно в ведро). Количество добавленной воды будет зависеть от типа используемых средств массовой информации.
      2. Вычислите плотность упаковки СМИ по следующей формуле:
        figure-protocol-3
        где figure-protocol-4 плотность упаковки средств массовой информации и figure-protocol-5 – масса средств массовой информации (для этого средства массовой информации, плотность была рассчитана в 1649 г. figure-protocol-6 ).
    2. Активируйте вибрационный системы, подключив его к электрической розетке (Эта модель имеет два варианта, 1) Вставьте в стену или 2) запустите с таймером, придает стоять). Активировать программное обеспечение для сбора данных на компьютере, нажав стрелку «Пуск» пользователя, написанные программы и собирать данные за 1 минуту. Ускорение данных как появится для немедленного рассмотрения (в как время и частота домене) и будет автоматически сохраняются в файл CSV для потенциальных пост-обработки. Отсоедините устройство от электрической розетки для деактивации вибрационные системы.
    3. Добавьте медиа вибрационный миску.
    4. Подготовка смеси, состоящей из 3880 мл воды и 120 мл раствора отделки соединения (FC) (3% объема). Установить насос перистальтический до 1,9 Л/ч (поворот эспресс-27 для достижения этого скорость потока), но не инициировать потока. Это будет гарантировать, что решение не рециркуляции, но достаточно сохранить влажные СМИ. (Это решение является часто используемым вибрационный Отделочный раствор). Решение действует как замасливателя и обеспечивает средства массовой информации не слипаются или носить вниз во время процедуры.
    5. Активируйте вибрационный системы, подключив его к электрической розетке. Соберите данные акселерометра как указано в шаге 1.2.2. Отсоедините устройство от электрической розетки для деактивации вибрационные системы.

2. Высокая скорость обработки изображений

Примечание: Для измерения поля скорости зерна, получаемых изображений часть поверхности Измельчитель зерна свая, области изображений, figure-protocol-7 соответствует поле зрения (FOV) определяется в шаге 2.2.4 ниже. Измерение времени, скорости отдельные зерна (на поверхности кучи) могут быть получены, выбрав маленький, фиксированной подобласть, figure-protocol-8 , в figure-protocol-9 где, как описано ниже, figure-protocol-10 порядка проектируемого района отдельные зерна.

  1. Установка высокой скорости камеры (Камера имеет разрешение 1504 x 1128 до 1000 кадров в секунду (fps)) для захвата изображения, либо поместив его на штатив или строительство жесткая рама с объективом, перпендикулярно поверхности открытых вибрационные системы (когда чаши вибра Тин) как показано на рисунке 1. Это жесткая рама отдельно от колебательной системы и гарантирует, что вибрации от системы не влияют на изображение.
    1. Приложите соответствующие объектив для требуемой поверхности интеграции и резолюции. Для текущей установки используйте 18-250 mm зум-объектив с и соотношение линзы 1:3.6 - 6.3.  Приложите источник питания и антенна GPS к камере.  Прикрепите камеру к компьютеру с помощью кабеля CAT5.  Поместите фотокамеру, так что в конце объектива является примерно 550 мм над поверхностью средств массовой информации.
      Примечание: Размещение камеры слишком близко к массовой информации приведет к увеличению краевых эффектов и поместив камеру слишком далеко вызовет изображения, слишком темно, чтобы обработать. На заданном расстоянии, это ошибки краевых эффектов и общей кривизны области проверки < 2%.
    2. Снимите крышку объектива и запустить программное обеспечение камеры. Когда она началась, нажмите на кнопку «Камеры» и затем нажмите кнопку ОК. Когда список камер заполняет, выберите камеру в списке и нажмите кнопку Открыть.
    3. В камеры программное обеспечение на компьютере, на вкладке «Live», «Live» (синяя стрелка) для просмотра нажмите кнопку камеры ПЗ. Включите источник света для освещения региона к записи образа. Это может быть любой яркий свет, до тех пор, как он освещает испытательная площадка равномерно. Рисунок 1 показывает камеру и легкой конфигурации относительно вибрационные системы.
    4. Чтобы определить диафрагмы, посмотрите на экран компьютера с живой эфир из камеры и отрегулировать диафрагмы его минимального значения (максимальная яркость). Если присвоено значение диафрагмы низким, результатом является малая Глубина резкости. Если диафрагма до высокой, экран слишком темный. Для этого эксперимента диафрагмы было присвоено 3.6.
    5. Настройка фокусного расстояния объектива для обеспечения желаемого ПЗ (210 мм x 160 мм для этого случая). Для этого эксперимента задайте Фокусное расстояние в 180 мм с камерой, набор 550 мм над поверхностью СМИ. Рисунок 2a показывает FOV через камеру.
    6. Цифрово увеличьте 500 кратном увеличении с помощью программного обеспечения камеры. Отрегулируйте кольцо фокусировки на объективе для лучший оптический фокус. Возвращает цифровой зум до 100% (обычный режим).
    7. В разделе приобретение параметры на компьютере нажмите кнопку «Курс [Гц]» и 500 кадров в секунду.
      Примечание: Для того, чтобы разрешить зерна столкновения время масштабе динамики, figure-protocol-11 , должны быть по крайней мере на порядок больше, чем частота введенных вибрации, figure-protocol-12 (здесь, figure-protocol-13 Гц)
    8. До снятия изображений, место правит масштаб в поле зрения; Это обеспечивает длина шкалы для последующей обработки данных. В разделе Параметры приобретения на программное обеспечение камеры выберите вкладку «Запись» в разделе «Live». Набор «Режим записи», «Круговой» и набор кадров для 1. Щелкните красный круг на вкладке «Live» записать одно изображение, как показано на рисунке 2b.
    9. Сохранить полученное изображение в виде файла TIFF в удобный файл каталога расположение (например, внешний жесткий диск), нажав кнопку «Файл», а затем нажмите кнопку «Сохранить приобретений». Диалоговое окно будет отображаться с множеством вариантов. Рядом с полем Тип файла в диалоговом окне выберите из раскрывающегося меню .tiff.
      1. Выберите вкладку «Параметры загрузки» в нижней части диалогового окна и нажмите кнопку «Обзор». В верхней части диалогового окна Добавьте имя папки для теста. В диалоговом окне «Обзор» Поиск и выберите нужное место (например, внешний жесткий диск) и соответствующую папку. Выбрав папку, нажмите кнопку «OK» затем «Сохранить». Откроется окно диспетчера загрузки. Файл начнет передавать и сохранены в расположении файлов, указанных в подпапке 001. После передачи изображения, на экране появится окно «Готово» статус.
      2. Удалите изображение с камеры, нажав на кнопку Удалить красный.
        Примечание: Протокол может быть приостановлена здесь.

3. сбор данных

Примечание: Если протокол был приостановлен, Камера будет нужно перезапустить. Выполните шаг 3.1. Если протокол не был приостановлен, перейдите к шагу 3.1.2.

  1. Запустите программное обеспечение камеры и включите освещение как указано в шаге 2.
    1. С программное обеспечение камеры активирован проверьте условия освещения и запустите жить так, как описано в шаге 2.2.2. для обеспечения надлежащего внимания.
    2. Выберите общее время выполнения экспериментальныхfigure-protocol-14
      Примечание: Две конкурирующие требования должны быть выполнены: i) figure-protocol-15 должны быть достаточно долго, что статистически стационарных зерна потока условия набора, и ii) figure-protocol-16 не должно быть так долго, чтобы производить большое количество лишних данных. Шкалы времени, на котором появляются стационарных условиях должна определяться методом проб и ошибок. Могут использоваться различные методы, различной строгости. Например i) гарантировать, что скорость время среднее зерно в фиксированной точке, или в нескольких фиксированных точках, достигает номинально фиксированной величины или величины, или ii) убедитесь, что, помимо стационарных средств, соответствующих отклонений также предположить номинально фиксированной величины. Для этого эксперимента, данные были собраны для 10.12 сек, соответствующее приобретение 5060 кадров. Задать устойчивый условия в потоке зерна после примерно 1 s.
  2. Активируйте вибрационный чаши.
    1. Распространения 150 мл отделки/смазочные соединения (шаг 1.2.4) равномерно вокруг чаши для обеспечения первоначального смачивания СМИ; и затем поместите кувшин с оставшихся составных на полу с шлангом, придает Перистальтический насос. Активируйте Перистальтический насос (как в шаге 1.2.4), переключение от «Выкл.» для «по часовой стрелке».
    2. Включите вибрационный чаши, подключив его к электрической розетке и подождать как минимум одной минуты для обеспечения даже смачивания и устойчивое движение жидкости во всем СМИ (постоянное движение жидкости возникает, когда поток жидкости, войдя в миску с Перистальтический насос приблизительно равно потока жидкости, слив из чаши умов.
  3. Захват видео и сбора данных.
    1. После того, как жидкость достигает неуклонное движение (шаг 3.2.2), активировать камеру, нажав красный значок записи на экране компьютера, а затем нажмите кнопку флажок красный триггера записи изображения для выбранного времени продолжительность, figure-protocol-17 . Камера будет записывать изображения для указанного figure-protocol-18 и сохранить эти образы в своей внутренней памяти. Рисунок 2a является примером одного изображения из набора 5060 снимки.
    2. После сбора данных, завершите вибрационные системы, отсоединив его от электрической розетки и отключите Перистальтический насос, щелкая переход от «по часовой стрелке», «выключено».
      Примечание: Протокол может быть приостановлена здесь.

4. процесс видео данные с PIV

  1. Подготовьте высокой скорости камеры изображения для обработки PIV.
    1. Сохранение полученных изображений в файлы TIFF после процедур, описанных в шаге 2.1.9. (В текущей системе, 5060 фотошоп собрано более 10.12 s принимает более часа для передачи). После передачи изображений, на экране появится окно «Готово» статус. Файлы будут сохранены в том же каталоге как файл калибровки в подпапке определены как 002. Удаление изображения из камеры.
    2. Преобразования цветных изображений в градациях серого изображения для обработки программным обеспечением PIV. Загрузите изображения в программное обеспечение для анализа данных с помощью функции «imread()». Преобразуйте копию изображения, используя функцию «rgb2gray()» и сохранить записи эти новые фотографии в новую папку, используя функцию «imwrite()».
      Примечание: Эта функция анализа данных процесса доступен для нескольких типов программного обеспечения для анализа данных и записывается как полная программа исследователя. Рисунок 2 c является примером просигналенное в изображения после того, как оно было преобразовано в оттенки серого и были обработаны PIV.
  2. Используйте PIV программное обеспечение для расчета скорости полей.
    1. Использование мастера импорта для импорта набора серого изображения как один кадр изображения в среде программного обеспечения PIV. Начать импорт, нажав на «Файл», а затем выберите «Импорт» и «Импорт изображений».  Появится диалоговое окно Мастер импорта изображения.  Выберите параметр «Один кадр» импорт в меню и нажмите кнопку «Добавить изображения».  Выберите Калибровка изображения и нажмите кнопку «Открыть», которая добавляет изображение «Образы для импорта» диалоговое окно список.  При импорте изображений, сначала добавьте Калибровка изображения (шаг 2.1.9), так что это верхнее изображение в списке импорта.  Снова нажмите кнопку «Добавить изображения» и выделите все данные изображения и нажмите кнопку «Открыть», чтобы добавить их в диалоговое окно «Образы для импорта».  Выбрав все нужные изображения, нажмите кнопку «Далее». Введите параметры камеры, используемые, включают скорость и пиксель поле кадра в диалоговых окнах. Нажмите кнопку «Далее» и «Готово» для завершения процесса импорта.
    2. Разделить PIV программное обеспечение калибровки изображения из набора изображений и параметры ввода длины шкалы.
      1. Если список содержимого уже не отображается, щелкните правой кнопкой мыши набор импортированное изображение и выберите «Показать список содержимого» в левой части экрана в дереве базы данных. Предполагая, что калибровка изображения был первый импортированное изображение, щелкните правой кнопкой мыши второй образ в списке и выберите пункт «Ансамбль в Сплит от здесь». Перетащите и поместите созданный набор (содержащие только изображение калибровки) изображений в место в левой части экрана под названием «Новая калибровка».
      2. Щелкните правой кнопкой мыши набор изображений недавно размещены калибровки и выберите пункт «Мера масштаб». Когда Калибровка изображения появляется на экране, установите маркеры «A» и «B» на изображении в правителя (или другой объект из знать размер если правитель не использовался) и введите расстояние между маркерами в текстовом поле «Абсолютное расстояние». Нажмите кнопку «ОК» в диалоговом окне «Мера масштаб», который будет сохранить калибровку и закрыть диалоговое окно и калибровка изображения.
    3. Создайте набор пар изображения, выбрав набор импортируемых изображений и нажмите кнопку «Анализировать». Далее выберите «Сделать двойной кадр» из списка доступных анализа методов. Выберите "(1-2, 2-3, 3-4... (N-1) двойной изображения)» стиль вариант.
      1. Откройте любое изображение в наборе изображений (за исключением калибровки изображения) и щелкните правой кнопкой мыши на изображении и выберите «Плотность». Диалоговое окно показ признанные частицы будут появляться на экране. Он будет показывать увеличено с учетом области зонд. Перейдите на вкладку Параметры в этом диалоговом и изменить «Зонд размер района» до тех пор, пока как минимум 3 частиц неизменно видели в районе зонд.  Размер области этот зонд будет размер области допроса, введенные на шаге 4.2.5.
    4. Используйте команду «Анализировать» на выбранный набор выбрать PIV, алгоритм и связанные параметры обработки изображений. Выберите «Адаптивная корреляции» метод и определить область пикселов, которые будут использоваться для определения вектора в пространстве в шаге 4.2.5. (Этот процесс делит изображения на сетке n × n пикселей «Допрос зоны»)
    5. Задайте размер области допроса найдите вкладку «Допрос районах» и выбрав любой из доступных допроса размеров области между минимум 8 пикселей и максимум 256 пикселей (для использовался этот метод, 32 x 32 пикселей). Введите значение, определенное на шаге 4.2.3.1.
      1. Для увеличения плотности векторов создан, добавьте допроса области «Перекрытие» процент, выбрав 0%, 25%, 50% или 75% совпадения из раскрывающегося меню.
    6. Выполните анализ, ведущих к измеренной зерна поле скоростей, выбрав «OK» в диалоговом окне «Адаптивная корреляции». Система начнет анализ.  Как система обрабатывает данные, на экране появится первый векторной карты. Проверьте первые несколько полей скорости для определения, если они появляются удовлетворительными по оценкам скорости и направления, как показано на рисунке 2 c. Если поле скорости не представляется реалистичным, отмените анализ сессии, повторите шаг 4.2.4 и изменить параметры анализа. (Когда анализ будет завершен, вектором поле, охватывающих FOV, будут создаваться для каждой пары изображений в наборе (шаг 4.2.3)). Рисунок 2 c показывает пример удовлетворительного векторное поле во время процесса анализа, который был накладывается на изображение серого.
      Примечание: Для каждой области допроса n × n пикселей PIV программное обеспечение сравнивает шаблон суб-grain-шкала яркие пятна в пределах области допроса против соответствующие шаблоны, захвачен в следующем изображении. Из этого сравнения, PIV программного обеспечения определяет вектор перемещения области в среднем, figure-protocol-19 и наконец, путем деления figure-protocol-20 приращение времени между кадрами, figure-protocol-21 , площадь средняя скорость, figure-protocol-22 где figure-protocol-23 относится к допрос области figure-protocol-24 . В текущем экспериментах, каждый допрос области состояла из n x n = 32 x 32 пикселей; Таким образом, общее количество областей допроса, дробление каждый 210 мм x 160 мм ПЗ был 47 x 35, соответствующий 1504 x 1128 пикселей.

5. процесс колебательных данных

Примечание: Шаг 5 может осуществляться одновременно с шагом 4 при использовании различных компьютерных систем или программного обеспечения для анализа.

  1. Откройте программное обеспечение для анализа данных и, используя функцию «load()» принести в акселерометра пустые данные, которые была приобретена когда вибрационный чаша была (шаг 1.2.2). Сделайте быстрый Фурье данных, используя функцию «fft()». Создайте рисунок данных, используя функцию «сюжет». Повторите с данными, было приобретено когда чашу вибрационный носителя (шаг 1.2.5).
    Примечание: Эта функция анализа данных процесса доступен для нескольких типов программного обеспечения для анализа данных и записывается как полная программа исследователя.
    1. С целью изучения молекулярных гидродинамических процессов, как правило требуется целый ряд операций обработки данных. Разделах представитель результаты и обсуждение ниже излагаются основные обработки процедур; Смотреть Keanini, и др. (2017) 12 сведения о как измеренных PIV данных может использоваться для извлечения динамичная информация о молекулярных гидродинамических систем.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Представляя представитель результаты, мы ссылаемся на континуум время шкала процессов наблюдаемых и прогнозируемых течение времени весы, figure-results-1 , которые давно относительно шкалы времени столкновения характеристика зерна, figure-results-2 figure-results-3 и частицы время шкала обрабатывает как тех, кто наблюда...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Чтобы использовать сваи уплотненного зерна как макроскопические аналогов для изучения молекулярных гидродинамических процессов, экспериментатор должен, с одной стороны, узнать и использовать четыре основных измерений и с другой стороны, мастер несколько основных элементов равновесия и неравновесной статистической механики. Сосредоточив внимание сначала на экспериментальных измерений, к ним относятся: i) измерение динамики отдельных зерна путем измерения скорости сингл частица автокорреляционной функции, ii) измерение ско...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы не имеют ничего сообщать.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Эта работа была поддержана Управлением военно-морских исследований (ОНР N00014-15-1-0020) [Tkacik и Keanini] и исполнена в университете Северной Каролины в Шарлотты Motorsports исследований Lab. полировки СМИ был подарен Розлер.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Вибрационная полировальная чашаРасходомер RaytechAV-75
Перистальтические насосы913 Mity Flex
ScalePelouze4040
Трехосевой акселерометрПечатная плата Пьезотроника Печатнаяплата 356B11Акселерометр с датчиком Преобразователь
сигналов Компьютер сбора данных IBMThinkpadИспользуется с высоким скоростная камера
высокоскоростная камераRedlakeMotionxtra HG-XR
зум-объективTamronModel A1818-250mm f/3.5-6.3 
Высокоинтенсивный светARRIEB 400/575 D
Компьютер обработки данныхDellDell Precision Tower 7910
PIV Программное обеспечение DantecDynamics Dynamic Studio 2013версия 3.41.38
Аппаратное обеспечение для сбора данныхNational InstrumentsSCXISCXI-1000 Chasis с картой SCXI 1100 и адаптером SCXI 1303
Программное обеспечение для сбора данныхNationalInstruments LabVIEW 2012
Программное обеспечение для обработки данныхMATHWORKSMATLAB
Polishing MediaRoslerRSG 10/10SИспользуемые различные типы сред (смешанные, сферические, треугольные)
Полировальный растворRoslerFC KFL (3%)3% мыльный раствор с водой
Линейчатая шкалаSwiss Precision Instruments13-911-3
Градуированный цилиндрGlobal Scientific601082

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Berne, B. J., Pecora, R. Dynamic Light Scattering. , John Wiley and Sons Ltd. (1976).
  2. Boon, J. P., Yip, S. Molecular Hydrodynamics. , McGraw-Hill. (1980).
  3. Brown, J. C., Pusey, P. N., Goodwin, J. W., Ottewill, R. H. Light scattering study of dynamic and time-averaged correlations in dispersions of charged particles. J. Phys. A: Math Gen. 5 (8), 664-682 (1975).
  4. Wainwright, T. E., Alder, B. J., Gass, D. M. Decay of time correlations in two dimensions. Phys. Rev. A. 4, 233-236 (1971).
  5. Evans, D. J., Morriss, G. P. Statistical Mechanics of Nonequilibrium Liquids. , ANU E Press. (2007).
  6. Levesque, D., Verlet, L. Computer "experiments" on classical fluids, III. time-dependent self correlation functions. Phys. Rev. A. 2, 2514-2528 (1970).
  7. Levesque, D., Ashurst, W. T. Long-time behavior of the velocity autocorrelation function for a fluid of soft repulsive particles. Phys. Rev. Lett. 33, 277-280 (1970).
  8. Lovesey, S. W. Dynamics of solids and liquids by neutron scattering. Lovesey, S. W., Springer, T. , Springer-Verlag. (1977).
  9. Forster, D. Hydrodynamic fluctuations, broken symmetry, and correlation functions. , Perseus. (1990).
  10. Mountain, R. D. Generalized hydrodynamics. Adv. Mol. Relax. Processes. 9, 225-291 (1977).
  11. Zwanzig, R. Time-correlation functions and transport coefficients in statistical mechanics. Ann. Rev. Phys. Chem. 16, 67-102 (1965).
  12. Keanini, R. G., et al. Macroscopic liquid-state molecular hydrodynamics. Sci. Rep. 7, 41658(2017).
  13. Kushick, J., Berne, B. J. Role of attractive forces in self-diffusion in dense Lennard-Jones fluids. J. Chem. Phys. 59 (7), 3732-3736 (1973).
  14. Mullany, B., et al. The application of computational fluid dynamics to vibratory finishing processes. CIRP Annals. , (2017).
  15. Fleischhauer, E., Azimi, F., Tkacik, P. T., Keanini, R. G., Mullany, B. Application of particle imaging velocimetry (PIV) to vibrational finishing. J. Mater. Process. Technol. 229, 322-328 (2016).
  16. Navare, J. Experimental and computational evaluation of a vibratory finishing process. , University of North Carolina at Charlotte. Charlotte, NC. MSME thesis (2017).
  17. Bolmatov, V., Brazhkin, V., Trachenko, K. The phonon theory of liquid thermodynamics. Sci. Rep. 2, 421(2012).
  18. Elton, D. C., Fernandez-Serra, M. The hydrogen-bond network of water supports propagating optical phonon-like modes. Nat. Commun. 7, 10193(2016).
  19. Pathria, R. K., Beale, P. D. Statistical mechanics. , 3rd ed, Elsevier. (2011).
  20. Gibbs, J. W. Elementary principles in statistical mechanics. , University Press. (1902).
  21. Toda, M., Kubo, R., Saito, N. Statistical physics I. , 2nd ed, Springer-Verlag. (1992).
  22. Kubo, R. Statistical mechanical theory of irreversible processes. I. J. Phys. Soc. Japan. 12, 570-586 (1957).
  23. Kubo, R., Toda, M., Hashitsume, N. Statistical physics II: nonequilibrium statistical mechanics. , Springer. (1991).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи