Количественная Смешивание использованием магнитно-резонансная томография

Магнитно-резонансная томография (МРТ) предоставляет мощный инструмент для оценки эффективности технологического оборудования в процессе эксплуатации. Мы обсуждаем использование МРТ для визуализации перемешивания в смеситель. Приложения, имеющие отношение к личной гигиены, но могут быть применены к широкому спектру пищевой, химической, биомассы и биологических жидкостях.

Общая цель данного эксперимента заключается в использовании магнитно-резонансной томографии в качестве мощного инструмента для оценки оборудования для смешивания и технологического процесса. Это достигается за счет объединения двух потоков жидкости в разделенном и рекомбинированном статическом смесителе. Mr.Images получаются путем выбора соответствующего протокола визуализации.

Эти изображения позволяют определить характеристики смесителя. Результаты работы получены для применения, относящегося к средствам личной гигиены, но процедура может быть применена к широкому спектру продуктов питания, химикатов, биомассы и биологических жидкостей. Основное преимущество использования магнитно-резонансной томографии перед другими методами, такими как видео, заключается в том, что можно визуализировать непрозрачные материалы.

Кроме того, можно получить информацию о количественных и концентрациях компонентов, а также о степени смешивания. Визуализация, сведение. Использование МРТ может быть полезно для проверки вычислительных жидкостей, динамического моделирования и производственных процессов путем детального сравнения пространственно измеренных распределений концентраций с расчетными распределениями концентраций.

Смеситель SAR состоит из ряда различных пластин, уложенных в трубу из ПВХ. Каждая пластина, вырезанная лазером, состоит из ПММА и вырезана толщиной 1,59 миллиметра. Каждая пластина имеет прямоугольный ключ, который выравнивает ее вдоль акрилового стержня.

В трубе из ПВХ пластик может быть прозрачным или непрозрачным. Пластины имеют различную конструкцию, которые имеют отверстия, через которые могут протекать жидкости. Пластины укладываются в трубу по повторяющейся схеме, в результате чего образуются туннели, которые смешиваются.

Две жидкости, проходящие через трубную пластину S, используются для потока двух жидкостей, входящих в повторяющийся мотив. Один поток жидкости находится в центре, а потоки жидкости вверху и внизу. Их относительный расход составляет 10 к одному.

Далее жидкости встречаются в открытом канале, который выполнен восемью пластинами типа С. Затем жидкости физически разделяются на два вертикальных канала восемью пластинами пластины I. Следующая секция состоит из 16 уникальных пластин, каждый поток жидкости которых поворачивается на 90 градусов против часовой стрелки. Затем жидкость протекает через восемь пластин, которые разделяют жидкость на два горизонтальных канала.

Повторяющийся мотив завершается восемью открытыми пластинами канала. В целом, мотив повторялся шесть раз через трубу из ПВХ. Соберите проточную систему для прокачки раствора карбополюсов через встроенный разъемный и рекомбинированный статический смеситель начните с размещения смесителя в магните.

Магнит является частью спектрометра на основе постоянного магнита Тесла с пиковой силой градиента 0,3 Тесла на метр и почти закрытым корпусом, позволяющим контролировать и записывать массовый расход испытуемых жидкостей. Кроме того, перед смесителем встроен преобразователь давления для контроля давления, радиочастотная катушка изготовлена из соленоида с четырьмя витками в корпусах цилиндрического объема и плотно прилегает к трубе из ПВХ. Наконец, к воздухозаборникам подключаются два различных решения.

В этой демонстрации растворы будут представлять собой карбополь с хлоридом марганца или без него. Приготовьте раствор карбопола, медленно просеивая взвешенное количество полимера в деионизированную воду в емкости с перемешиванием. Нейтрализуйте раствор карбопола 50%-ным раствором гидроксида натрия до рН семь.

Нейтрализация позволяет раствору достичь максимальной вязкости по мере набухания полимера в воде. Чтобы получить гель, приготовьте второй легированный раствор карбополюса, который содержит MR. Контрастное вещество хлорид марганца. Чтобы охарактеризовать поведение потока или реологию, используйте стандартную геометрию кокетки при температуре жидкости 25 градусов Цельсия для измерения поперечной вязкости.

Используйте стационарное измерение напряжения от 0,1 до 500 Паскаль в ритмическом режиме LA с 10 точками за декаду и 5% допуска. Затем измерьте деформацию по частоте от 628 до 0,63 рад в секунду в логарифмическом режиме LA с 10 точками за декаду. При выборе параметров изображения необходимо учитывать суммарный сигнал/шум на изображении, а также контраст и интенсивность сигнала между легированной и включенной областью.

В этом случае мы выбрали последовательность градиентного эха, и мы выбрали концентрации, чтобы получить линейную зависимость интенсивности сигнала от концентрации. Последовательность MR не включает компенсацию потока.

Таким образом, чтобы избежать артефактов движения, визуализация выполняется в состоянии покоя в жидкости, время визуализации составляет от одной до четырех минут. Переместите смеситель так, чтобы отобразить объемы в разных осевых положениях. Проведите трубку миксера в осевом направлении через магнит до тех пор, пока желаемый объем не окажется в центре катушки ЯМР в центре магнита.

Затем повторите процесс визуализации. Наконец, проанализируйте данные МР с помощью процедур анализа изображений, чтобы задокументировать пространственное распределение концентраций компонентов. В этой работе реальные логические свойства двух решений были неразличимы.

Вязкоупругие свойства растворов имели характеристику гелевой системы с накоплением больше потерь, модуль и потери были достаточно постоянными. Наклон потерь по отношению к накоплению увеличивался с более высокой частотой, и соответствующее фазовое запаздывание следовало тому же тренду для оценки относительного вклада вязких сил в силы инерции во время потока. Числа Рейнольдса были рассчитаны как средний поток через пластины.

Эти значения, которые намного меньше 1,0, указывают на то, что вязкие силы преобладали над силами инерции. Таким образом, смешивание происходило за счет ламинарного растяжения и сдвига, а не турбулентности. Чтобы проиллюстрировать возможности визуализации потока с помощью МРТ, следующие результаты представляют собой выбранные изображения в различных осевых точках.

Смеситель SAR эффективно и равномерно разделяет потоки, как показано на изображениях H-пластин ниже по потоку от первой, второй и третьей секций смешивания. Количество полос легированной жидкости удваивалось на каждой секции смешивания. Изменение пороговых значений изображения показывает, что полосы легированной жидкости увеличиваются с каждым проходом через мотив.

Последовательность изображений при повороте смесителя на 90 градусов против часовой стрелки показывает, как вертикальные потоки превращаются в горизонтальные потоки в процессе смешивания по всему туннелю. Два потока жидкости многократно удваиваются При попытке провести эти измерения важно помнить, что время измерения должно быть очень коротким по сравнению со временем, за которое молекулярная диффузия влияет на распределение концентраций компонентов. Эти экспериментальные измерения смешивания особенно полезны для проверки влияния составляющих моделей реологии жидкости, используемых в вычислительном гидродинамическом моделировании смешивания, а также расщепленного и рекомбинированного смесителя.

После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее понимание того, как использовать магнитно-резонансную томографию для изучения распределений концентраций в статическом смесителе.