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Bioengineering

एक मॉडल मुखर गुना पॉलिप द्वारा प्रेरित त्रि-आयामी प्रवाह जुदाई की जांच

Published: February 3, 2014 doi: 10.3791/51080
Automatic Translation
1, 2, 1
1Department of Mechanical and Aerospace Engineering, The George Washington University, 2Department of Mechanical and Aeronautical Engineering, Clarkson University

Summary

मुखर गुना जंतु मुखर गुना गतिशीलता को बाधित कर सकते हैं और इस तरह एक मरीज को संवाद करने की क्षमता पर विनाशकारी परिणाम हो सकते हैं। दीवार पर चढ़कर मॉडल पॉलिप द्वारा प्रेरित त्रि-आयामी प्रवाह पृथक्करण और दीवार दबाव लोडिंग पर इसके प्रभाव की जांच कण छवि वेलोसिमेट्री, त्वचा घर्षण रेखा दृश्य, और दीवार दबाव माप का उपयोग करके की जाती है।

Abstract

सामान्य भाषण के लिए तरल संरचना ऊर्जा विनिमय प्रक्रिया का बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है, लेकिन रोग स्थितियों के लिए यह अच्छी तरह से समझ में नहीं आता है। जंतु और पिंड, जो ज्यामितीय असामान्यताएं हैं जो मुखर सिलवटों की मध्यीय सतह पर बनती हैं, मुखर गुना गतिशीलता को बाधित कर सकती हैं और इस प्रकार एक रोगी की संवाद करने की क्षमता पर विनाशकारी परिणाम हो सकते हैं। हमारी प्रयोगशाला कण छवि वेलोसिमेट्री (PIV) माप की सूचना दी है, एक मॉडल एक इन विट्रो संचालित मुखर गुना मॉडल है, जो पता चलता है कि इस तरह के एक ज्यामितीय असामान्यता काफी ग्लोटल जेट व्यवहार बाधित की मध्य सतह पर स्थित पॉलीप की जांच के भीतर । यह प्रवाह क्षेत्र समायोजन जंतु के साथ रोगियों में मुखर गुणवत्ता के गंभीर क्षरण के लिए एक संभावित कारण है। ज्यामितीय प्रोट्यूबेंस से वर्टिकल संरचनाओं के गठन और प्रचार की अधिक पूर्ण समझ, जैसे कि एक मुखर गुना पॉलीप, और मुखर गुना गतिशीलता को चलाने वाले एयरोडायनामिक लोडिंग पर परिणामी प्रभाव, इस रोग स्थिति के उपचार को आगे बढ़ाने के लिए आवश्यक है। वर्तमान जांच क्रॉस फ्लो में 2:1 पहलू अनुपात के साथ दीवार पर चढ़कर प्रोलेट हेमफेरोइड द्वारा प्रेरित त्रि-आयामी प्रवाह अलगाव से संबंधित है, यानी एक मॉडल मुखर गुना जंतु, तेल-फिल्म दृश्य तकनीक का उपयोग करके। अस्थिर, तीन आयामी प्रवाह जुदाई और दीवार दबाव लोडिंग के इसके प्रभाव त्वचा घर्षण लाइन दृश्य और दीवार दबाव माप का उपयोग कर जांच कर रहे हैं ।

Introduction

मुखर सिलवटों ऊतक के दो बैंड है कि मुखर वायुमार्ग भर में खिंचाव कर रहे हैं । आवाज उठाई भाषण का उत्पादन किया जाता है जब एक महत्वपूर्ण फेफड़ों के दबाव को प्राप्त किया जाता है, जो एडेडेड मुखर सिलवटों के माध्यम से हवा को मजबूर करता है। मुखर सिलवटों ऊतक की कई परतों से बना रहे हैं और अक्सर एक सरलीकृत दो परत शरीर कवर प्रणाली1द्वारा प्रतिनिधित्व कर रहे हैं। एक्सट्रासेलुलर मैट्रिक्स, जो अधिकांश कवर लेयर बनाता है, कोलेजन और इलास्टिन फाइबर से बना है, जो नॉनलाइनर तनाव-तनाव विशेषताओं को प्रदान करता है, जो मुखर सिलवटों की उचित गति के लिए महत्वपूर्ण हैं1,2। एयरोडायनामिक ताकतें मुखर सिलवटों के ऊतकों को ऊर्जा प्रदान करती हैं और आत्म-निरंतर दोलनों को उत्तेजित करती हैं3। के रूप में मुखर सिलवटों दोलन, उन दोनों के बीच खोलने, ग्लोटिस के रूप में संदर्भित, एक अस्थायी से एक समान करने के लिए एक अभिसरण से संक्रमण और फिर बंद करने और चक्र4,6दोहराने से पहले एक अलग मार्ग के लिए एक अस्थायी छिद्र बनाता है । सामान्य भाषण के लिए कंपन की आवृत्तियां आमतौर पर पुरुषों और महिलाओं में क्रमशः 100-220 हर्ट्ज का विस्तार करती हैं, जिससे एक पल्साटिल प्रवाह क्षेत्र का निर्माण होता है जो ग्लॉटिस7से गुजरता है। सामान्य भाषण के लिए तरल संरचना ऊर्जा विनिमय प्रक्रिया का बड़े पैमाने पर8-12अध्ययन किया गया है; हालांकि, कुछ विकृतियों के लिए इस प्रक्रिया के व्यवधान को अच्छी तरह से समझ में नहीं आता है। मुखर सिलवटों की रोग स्थितियों उनकी गतिशीलता में नाटकीय परिवर्तन में परिणाम और आवाज उठाई भाषण उत्पन्न करने की क्षमता को प्रभावित कर सकते हैं।

जंतु और नोड्यूल ज्यामितीय असामान्यताएं हैं जो मुखर परतों की मध्यीय सतह पर बनती हैं। ये असामान्यताएं एक मरीज की13संवाद करने की क्षमता को प्रभावित कर सकती हैं । फिर भी, हाल ही में एक ज्यामितीय प्रोट्यूबेंस जैसे पॉलीप को14माना जाता है। उस अध्ययन से पता चला है कि भाषण की "सामान्य" द्रव-संरचना ऊर्जा-विनिमय प्रक्रिया में काफी बदलाव आया था, और प्रवाह क्षेत्र का संशोधन जंतु और पिंड वाले रोगियों में मुखर गुणवत्ता के गंभीर क्षरण का सबसे अधिक संभावित कारण था। पल्सैटाइल प्रवाह में एक पॉलीप से त्रि-आयामी प्रवाह पृथक्करण द्वारा उत्पादित प्रवाह संरचनाओं की कोई व्यापक समझ स्थापित नहीं की गई है। एक पॉलीप से वोरिकल संरचनाओं की पीढ़ी और प्रचार, और एयरोडायनामिक लोडिंग पर उनके बाद के प्रभाव जो मुखर गुना गतिशीलता को चलाते हैं, रोगियों में जंतु के शल्य चिकित्सा उपचारण को आगे बढ़ाने के लिए एक आवश्यक महत्वपूर्ण घटक है।

जबकि स्थिर प्रवाह में एक दीवार घुड़सवार हेमिस्फेरोइड से प्रवाह जुदाई15-23की जांच की गई है, आश्चर्यजनक रूप से, भाषण में पाए जाने वाले स्पंदन या अस्थिर प्रवाह स्थितियों के अधीन दीवार पर एक हेमिस्फेरोइड से अस्थिर त्रि-आयामी प्रवाह पृथक्करण के बारे में बहुत कम जानकारी है। अकार्लर और स्मिथ15 के मौलिक कार्य ने एक लैमिनार सीमा परत के भीतर एक दीवार पर चढ़कर हेमिस्फेरोइड पर स्थिर प्रवाह से उत्पन्न त्रि-आयामी सुसंगत संरचनाओं का विश्लेषण प्रदान किया। अकार्लर और स्मिथ ने दो प्रकार की वर्टिकल संरचनाओं की पहचान की। एक खड़े घोड़े की नाल भंवर हेमिस्फेरोइड प्रोट्यूरेंस के ऊपर का गठन किया गया था और दोनों तरफ प्रोट्यूबेंस के विस्तारित डाउनस्ट्रीम का गठन किया गया था। इसके अतिरिक्त, हेयरपिन वोर्टिस को समय-समय पर दीवार पर चढ़कर हेमिस्फेरॉइड से जागने में बहाया गया था। हेयरपिन वोर्टिस की जटिल गति और प्रगति की जांच की गई और विस्तार से वर्णित किया गया।

एक सुचारू रूप से समोच्च अक्षिमित पहाड़ी पर प्रवाह पहले अध्ययन किया गया है जिसमें दोनों सतह स्थिर दबाव माप और सतह तेल दृश्य एक अशांत कतरनी प्रवाह के भीतर टक्कर के ऊपर और डाउनस्ट्रीम का अधिग्रहण किया गया था । तेल-फिल्म तकनीक त्वचा घर्षण लाइनों, उच्च और निम्न वेग क्षेत्रों, और सतह के प्रवाह के भीतर जुदाई और लगाव बिंदुओं के दृश्य को सक्षम करती हैं, और दीवार पर चढ़कर वस्तु के मद्देनजर जांच करने के लिए उपयोगी होती हैं। इस तकनीक के लिए, ब्याज की सतह को तेल-आधार और ठीक पाउडर वर्णक(यानी लैंपब्लैक, ग्रेफाइट पाउडर या टाइटेनियम डाइऑक्साइड) मिश्रण की पतली फिल्म के साथ लेपित किया जाता है। वांछित प्रवाह की स्थिति में, घर्षण बलों के कारण तेल सतह के साथ चलता है जिससे वर्णक पाउडर धारियाँ में जमा हो जाता है। महत्वपूर्ण या विलक्षणता अंक, स्थानों जहां कतरनी तनाव शून्य या दो या मतलब वेग के अधिक घटक शून्य हैं, जिसके परिणामस्वरूप त्वचा घर्षण लाइन पैटर्न से काठी अंक या नोडल अंक24-26के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है।

पहाड़ी ज्यामिति के लिए, जुदाई के कारण कोई विलक्षणता ऊपर पाया गया; इसे टक्कर के सुचारू रूप से आरोही समोच्च के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था, जिसने प्रतिकूल दबाव ढाल उत्पन्न नहीं किया जो हेमिस्फेरोइड प्रोट्यूरेंस के साथ होता है। नतीजतन, प्रवाह को टक्कर के शिखर तक तेजी लाने के लिए पाया गया जिसके बाद, अस्थिर काठी-फोकस सेपरेशन पॉइंट्स शीघ्र ही टक्कर केंद्र रेखा से पिछले विकसित हुए, जैसा कि हेयरपिन भंवर27,28के गठन से उम्मीद की जाएगी। एक अलग दीवार पर चढ़कर ज्यामिति के साथ इसी तरह की प्रयोगात्मक तकनीकों का उपयोग करते हुए एक अध्ययन में, मार्टिनुज्जी और ट्रोपिया29 द्वारा किए गए स्थिर प्रवाह में सतह पर चढ़कर घन के चारों ओर तेल-फिल्म दृश्य वस्तु के ऊपर दो स्पष्ट त्वचा घर्षण लाइनों को प्रदर्शित किया गया। पहली त्वचा घर्षण रेखा प्रतिकूल दबाव ढाल के कारण प्राथमिक जुदाई रेखा से मेल खाती है और दूसरी त्वचा घर्षण रेखा घोड़े की नाल भंवर के समय औसत स्थान को चिह्नित किया । सतह दबाव माप वस्तु के ऊपर प्रदर्शन घोड़े की नाल भंवर लाइन के साथ एक स्थानीय ंयूनतम और प्राथमिक जुदाई और घोड़े की नाल भंवर लाइनों के बीच एक स्थानीय दबाव अधिकतम दिखाया । इसी तरह के अपस्ट्रीम पृथक्करण लाइनें एक गोलाकार सिलेंडर, पिरामिड और शंकु29-31सहित अन्य सतह पर चढ़कर ज्यामिति के साथ बनाई जाती हैं। दीवार पर चढ़कर वस्तुओं के नीचे की सतह विज़ुअलाइज़ेशन आमतौर पर ऑब्जेक्ट30के पीछे रिसर्चर क्षेत्र के कारण दो फोसी प्रदर्शित करता है। फोसी पोजीशन पर दो वोर्टिस उत्पन्न होते हैं और दीवार पर चढ़कर हेमिस्फेरॉइड32के बाद देखे गए "आर्क-टाइप" या हेयरपिन भंवर के अनुरूप होते हैं।

कण छवि वेलोसिमेट्री (PIV) पहले सिंथेटिक मुखर गुना मॉडल33-35के प्रवाह के बहाव का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया गया है । पीआईवी एक नॉनइनवेसिव विज़ुअलाइज़ेशन तकनीक है जो स्पेतिरियो-टेम्पोरल द्रव गतिशीलता36 को पकड़ने के लिए एक विमान के भीतर ट्रेसर कण आंदोलन प्रवाहित करती है। त्रि-आयामी सुसंगत संरचनाएं जो दोलन मुखर सिलवटों के डाउनस्ट्रीम बनाती हैं, का अध्ययन न्यूबॉयर एट अल द्वारा किया गया है। 37 भंवर पीढ़ी और संवहन और जेट फड़फड़ा मनाया गया। हाल ही में, क्रेब्स एट अल। 38 ने स्टीरियोस्कोपिक पीआईवी का उपयोग करके ग्लोटल जेट की त्रि-आयामीता का अध्ययन किया और परिणाम ग्लोटल जेट एक्सिस स्विचिंग का प्रदर्शन करते हैं। एरथ और प्लेस्निक14 ने 7.5 गुना स्केल्ड-अप गतिशील रूप से संचालित मुखर गुना मॉडल की मध्य सतह पर एक मॉडल मुखर गुना पॉलीप के प्रभाव की जांच की। एक रिसर्चर क्षेत्र पॉलीप के डाउनस्ट्रीम का गठन किया गया था और जेट गतिशीलता पूरे फोनेटरी चक्र में प्रभावित हुई थी। पिछले अध्ययनों, एरथ और प्लेस्निक14द्वारा संचालित मुखर गुना पॉलीप अध्ययन को छोड़कर, एक मध्यीय मुखर गुना जंतु या नोड्यूल द्वारा प्रेरित तरल पदार्थ गतिशीलता का पता नहीं लगाया है।

मुखर गुना चलती दीवारों की अतिरिक्त जटिलता, प्रेरित दबाव ढाल, सीमित ज्यामितीय मात्रा और अन्य जटिलताओं को शामिल करने से पहले स्थिर और स्पंदन प्रवाह क्षेत्रों के भीतर मॉडल पॉलिप के तरल पदार्थ गतिशील प्रभाव को समझना महत्वपूर्ण है। वर्तमान कार्य स्थिर और अस्थिर दोनों प्रवाह स्थितियों के तहत डाउनस्ट्रीम दीवार पर प्रवाह संरचनाओं के हस्ताक्षर पर केंद्रित है। एक फलाव और डाउनस्ट्रीम दीवार से बहाए जाने वाले वर्टिकल संरचनाओं के बीच बातचीत मुखर गुना जंतु के साथ-साथ अन्य जैविक विचारों की जांच के लिए बहुत रुचि रखती है, क्योंकि ये बातचीत जैविक प्रतिक्रिया प्राप्त करती है।

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Protocol

इस काम में, एक दीवार पर चढ़कर प्रोलेट हेमिस्फेरॉइड, यानी एक मॉडल मुखर गुना पॉलीप, 5:1 संकुचन अनुपात के साथ एक सक्शन प्रकार पवन सुरंग के परीक्षण अनुभाग मंजिल पर तैनात है। अस्थिर, त्रि-आयामी प्रवाह जुदाई और दीवार दबाव लोडिंग पर इसके प्रभाव की जांच तेल-प्रवाह दृश्य, दीवार दबाव माप, और कण छवि वेलोसिमेट्री का उपयोग करके की जाती है। अस्थिर दबाव माप एक सोलह चैनल स्कैनिंग दबाव सेंसर के साथ एक सोलह चैनल स्कैनिंग दबाव ट्रांसड्यूसर का उपयोग कर प्राप्त कर रहे हैं । प्रेशर सेंसर में 670 हर्ट्ज की फ्रीक्वेंसी रिस्पॉन्स होता है। स्टेनलेस स्टील ट्यूबुलेशन से बने स्टेटिक प्रेशर नल सतह के दबाव माप और स्कैनिंग प्रेशर डिवाइस के लिए शॉर्ट-प्लंबर की सुविधा के लिए मॉडल वोकल फोल्ड पॉलिप के फ्लश-माउंटेड अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम होते हैं। तेल प्रवाह दृश्य और सतह दबाव माप एक साथ प्राप्त नहीं किया जा सकता है क्योंकि तेल दबाव नल में प्रवाह के कारण fouling होगा ।

निम्नलिखित अनुभाग एक दीवार के चारों ओर तेल-फिल्म दृश्य और सतह दबाव माप स्थापित करने और प्राप्त करने के लिए प्रोटोकॉल प्रदान करता है। यद्यपि चरण-औसत और समय हल कण छवि वेलोसिमेट्री माप का अधिग्रहण किया जा रहा है, पीआईवी अधिग्रहण इस प्रोटोकॉल में शामिल नहीं है। लेखक रफेल एट अल द्वारा संदर्भों का सुझाव देते हैं। 36 और एड्रियन और वेस्टरवील39 पीवीवी प्रायोगिक सेटअप, डेटा अधिग्रहण और डेटा प्रोसेसिंग की गहराई से समझ के लिए।

1. प्रोट्यूरेंस जेनरेट करें(यानी मॉडल पॉलिप)

  1. वांछित ज्यामिति के साथ एक त्रि-आयामी कंप्यूटर-एडेड डिजाइन (सीएडी) मॉडल बनाएं। 5.08 सेमी लंबा, 2.54 सेमी चौड़ा, और 1.27 सेमी लंबा मापने वाले प्रोलेट हेमिस्फेरॉइड के रूप में मॉडल मुखर गुना पॉलीप उत्पन्न करें। माउंट एक 2.54 सेमी वर्ग आधार है कि मॉडल मुखर गुना जंतु के नीचे करने के लिए 0.64 सेमी मोटी है। इस बेस का इस्तेमाल मॉडल को टेस्ट सेक्शन फ्लोर पर एंकर करने के लिए किया जाएगा ।
  2. 3डी सीएडी मॉडल को स्टीरियोलिथोग्राफी (एसटीएल) फाइल के रूप में निर्यात करें। एसटीएल फाइल प्रारूप त्रिकोण की एक श्रृंखला के रूप में मॉडल सतह उत्पन्न करता है। मॉडल पॉलिप पर एक चिकनी सतह सुनिश्चित करने के लिए एक पर्याप्त संकल्प चुनें। कम से कम 600 डॉट्स/इन के संकल्प की सिफारिश की जाती है।
  3. एसटीएल फ़ाइल को उपयुक्त सॉफ्टवेयर में अपलोड करें और कम से कम 20 माइक्रोन के बिल्ड लेयर रिज़ॉल्यूशन के साथ उच्च रिज़ॉल्यूशन थ्री-डायमेंशनल प्रिंटर या रैपिड प्रोटोटाइपर का उपयोग करके एसटीएल फ़ाइल को प्रिंट करें।
  4. पवन सुरंग परीक्षण खंड लगभग 30.48 सेमी x 30.48 सेमी x 121.92 सेमी है जिसमें एक हटाने योग्य नीचे प्लेट है जैसा कि चित्र 1में दिखाया गया है। परीक्षण के लिए मॉडल मुखर गुना पॉलीप माउंट करने के लिए पवन सुरंग परीक्षण अनुभाग खंड मंजिल हटाने योग्य प्लेट में लगभग 0.85 सेमी गहरा एक 2.54 सेमी वर्ग छेद मिल। छेद परीक्षण अनुभाग चौड़ाई के केंद्र में स्थित होना चाहिए और परीक्षण के लिए वांछित डाउनस्ट्रीम स्थान पर स्थित होना चाहिए।

2. तेल प्रवाह दृश्य तैयारी

  1. परीक्षण अनुभाग तैयार करने के लिए, सफेद चिपकने वाले पेपर के साथ पवन सुरंग के अंदर परीक्षण अनुभाग सतह को कवर करें। चिपकने वाले पेपर में हवा के बुलबुले या क्रीज के कारण परीक्षा अनुभाग मंजिल में कोई धक्कों नहीं है, यह सुनिश्चित करने के लिए चिपकने वाले पेपर को सावधानीपूर्वक रखें और चिकना करें। परीक्षण अनुभाग दीवार से संलग्न करने के लिए मॉडल पॉलीप एंकर के लिए परीक्षण अनुभाग मंजिल में वर्ग छेद के ऊपर चिपकने वाले कागज में एक छेद काटें।
  2. परीक्षण के लिए तैयार करने के लिए लंगर की स्थिति में प्रोट्यूबेंस (मॉडल मुखर गुना पॉलीप) डालें। चित्रा 1देखें ।
  3. पवन सुरंग परीक्षण अनुभाग के ऊपर एक उच्च संकल्प कैमरा माउंट। मॉडल पॉलिप और आसपास के परीक्षण अनुभाग क्षेत्र सहित देखने के चुने हुए क्षेत्र के लिए कैमरे पर ध्यान केंद्रित करें। परीक्षण के लिए कैमरा अधिग्रहण मापदंडों को निर्धारित करें। तेल-प्रवाह दृश्य के क्षणिक हिस्से को पकड़ने के लिए एक वीडियो सेटिंग का उपयोग किया जाना चाहिए या यदि अस्थिर या स्पंदन प्रवाह ब्याज के होते हैं।
  4. मात्रा से 7:1:2 अनुपात में बेबी ऑयल, कॉपी टोनर पाउडर और केरोसिन के संयोजन से प्रवाह-दृश्य तेल मिश्रण तैयार करें। उदाहरण के लिए: 35 मिलीलीटर बेबी ऑयल, 5 मिलीलीटर कॉपी टोनर पाउडर और 10 मिलीलीटर केरोसिन मिलाएं। एक कंटेनर में बेबी ऑयल और टोनर पाउडर को एक साथ मिलाएं और टोनर पूरी तरह से भंग होने तक हिलाएं। इसके बाद मिट्टी का तेल डालकर अच्छी तरह मिला लें।
  5. मिश्रण को परीक्षण अनुभाग सतह पर आसान आवेदन के लिए स्प्रे बोतल में स्थानांतरित करें।

3. तेल प्रवाह दृश्य माप

  1. तेल मिश्रण के प्रत्येक आवेदन से पहले परीक्षण अनुभाग सतह को साफ और सुखा लें।
  2. ब्याज के खंड पर तरल पदार्थ की एक पतली, यहां तक कि परत स्प्रे करने के लिए तेल मिश्रण से भरा स्प्रे बोतल का उपयोग करें। उचित तेल-फिल्म दृश्य छवियों के उत्पादन के लिए एक पतली, यहां तक कि तेल मिश्रण परत महत्वपूर्ण है।
  3. कैमरे पर छवि या वीडियो अधिग्रहण शुरू करें। प्रारंभिक क्षणिक तेल मिश्रण गति पर कब्जा करने के लिए पवन सुरंग पर संचालित होने से पहले कैमरा अधिग्रहण शुरू करें।
  4. वांछित वेग के लिए सक्शन पवन सुरंग सेट करें। तेल मिश्रण परीक्षण अनुभाग सतह के साथ प्रवाह शुरू हो जाएगा।
  5. एक बार तेल मिश्रण बह बंद हो जाता है और एक स्थिर राज्य तक पहुंच गयाहै (यानी पैटर्न स्थिर हैं), या जब वांछित समय बीत चुका है, कैमरा रिकॉर्डिंग बंद करो और हवा सुरंग नीचे बिजली ।
    नोट: वीडियो 1 तेल-मिश्रण को तब तक बहता हुआ प्रदर्शित करता है जब तक कि स्थिर स्थिति न बन जाए और त्वचा का घर्षण पैटर्न स्थिर हो जाए। वीडियो में प्रवाह बाएं से दाएं की ओर बढ़ रहा है।

4. सतह दबाव माप तैयारी

  1. स्थिर दबाव नल बनाने के लिए परीक्षण अनुभाग मंजिल में बढ़ते स्टेनलेस स्टील ट्यूबुलेशन (0.16 सेमी बाहरी व्यास और 2.54 सेमी लंबे) के लिए ड्रिलिंग छेद द्वारा परीक्षण अनुभाग मंजिल सतह (हटाने योग्य प्लेट) तैयार करें। प्रोलेट हेमिस्फेरॉइड की एंकर स्थिति के मिडलाइन से शुरू करते हुए, एक ग्रिड पर छेद ड्रिल करें जो स्पैनवाइज दिशा में 8.89 सेमी और 1.27 सेमी स्पैनवाइज ग्रिड रिक्ति और 2.54 सेमी डाउनस्ट्रीम ग्रिड रिक्ति के साथ 22.86 सेमी डाउनस्ट्रीम तक फैला है (चित्रा 1देखें)। स्टेनलेस स्टील ट्यूबुलेशन लचीला ट्यूबिंग संलग्न करने के लिए एक छोर पर एक उभार है और बढ़ते के लिए दूसरे छोर पर सीधे हैं ।
    नोट: स्थैतिक दबाव नल दबाव अधिग्रहण स्थानों के एक महीन ग्रिड के लिए करीब अंतराल पर तैनात किया जा सकता है ।
  2. परीक्षण के लिए तैयार करने के लिए परीक्षण अनुभाग मंजिल पर वांछित विन्यास में दीवार घुड़सवार प्रोलेट हेमफेरॉइड(यानी मॉडल मुखर गुना पॉलीप) की लंगर स्थिति के आसपास के ट्यूबुलेशन माउंट करें। ट्यूबुलेशन को परीक्षण अनुभाग मंजिल के साथ फ्लश किया जाना चाहिए।
  3. स्कैनिंग दबाव ट्रांसड्यूसर मापन बंदरगाहों के लिए घुड़सवार स्टेनलेस स्टील ट्यूबुलेशन से छोटे लचीले ट्यूबिंग (6.35 सेमी लंबाई, 0.159 सेमी आंतरिक व्यास, 0.475 सेमी बाहरी व्यास स्पष्ट पॉलीविनाइल क्लोराइड ट्यूबिंग) के टुकड़े संलग्न करें। स्कैनिंग प्रेशर ट्रांसड्यूसर में सोलह प्रेशर पोर्ट होते हैं।

5. सतह दबाव माप अधिग्रहण

  1. स्कैनिंग प्रेशर ट्रांसड्यूसर को कंप्यूटर से कनेक्ट करें और स्कैनिंग प्रेशर ट्रांसड्यूसर सॉफ्टवेयर का उपयोग करके अधिग्रहण मापदंडों को कॉन्फ़िगर करें। डेटा अधिग्रहण की वांछित अवधि के लिए 500 हर्ट्ज पर डेटा प्राप्त करने के लिए अधिग्रहण सॉफ्टवेयर सेट करें।
    नोट: कम दोलन आवृत्तियों पर छोटे दबाव विविधताओं के कारण स्कैनिंग प्रेशर ट्रांसड्यूसर, 500 हर्ट्ज की अधिकतम नमूना दर पर डेटा प्राप्त किया गया था।
  2. वांछित वेग के लिए सक्शन पवन सुरंग सेट करें।
  3. दबाव माप अधिग्रहण शुरू करें। दबाव माप किसी भी वांछित प्रवाह नैदानिक तकनीक(जैसे PIV, लेजर डॉप्लर एनेमोमेट्री, गर्म तार एनामोमेट्री, आदि) के साथ एक साथ प्राप्त किया जा सकता है।

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Representative Results

पिछले काम का उपयोग कर 7.5 गुना स्केल्ड-अप गतिशील रूप से संचालित मुखर गुना मॉडल ने दिखा दिया है कि ज्यामितीय प्रोट्यूबेंस, मॉडल वोकल फोल्ड पॉलिप की उपस्थिति, पूरे फोनेटरी चक्र में ग्लोटल जेट की सामान्य गतिशीलता को बाधित करती है। पिछले संचालित मुखर गुना मॉडल अध्ययन से प्रतिनिधि परिणाम चित्र 2 और वीडियो2 में प्रदर्शित कर रहे हैं । वीडियो संचालित मुखर सिलवटों की गति को दर्शाता है क्योंकि वे एक अभिसरण से अलग ज्यामिति में बदल जाते हैं। वोकल फोल्ड मॉडल को गतिशील रूप से 1.67 हर्ट्ज पर संचालित किया गया था जिसमें रेनॉल्ड्स संख्या 995 और 1.9 x 10-2की स्ट्राउहाल संख्या थी। डेटा पार विमान में अधिग्रहीत किए गए थे 7.5 मिमी पॉलीप के डाउनस्ट्रीम चरण औसत कण छवि वेलोसिमेट्री14का उपयोग करके। जैसे ही मुखर सिलवटों को खोलना शुरू होता है, एक अभिसरण चैनल बनता है और एक अनुकूल दबाव ढाल विकसित होता है। प्रवाह शुरुआती चरण के अंत में मॉडल पॉलीप के चारों ओर घुमाना शुरू कर देता है, जब ग्लोटिस अधिकतम चौड़ाई पर होता है और मुखर सिलवटों एक समानांतर विन्यास में होते हैं, और समापन चरण में। आंकड़े 2बी और 2सीमें दिखाए गए दो काउंटर घूर्णन वोर्टिस बनते हैं। जैसे ही मुखर सिलवटों के करीब, प्रवाह पॉलीप के चारों ओर और पूर्वकाल-पीछे मिडलाइन से दूर मजबूर होता है। चल रहे काम शारीरिक मुखर सिलवटों की जोड़ा जटिलताओं के बिना दोनों स्थिर और पल्सटाइल पार प्रवाह की स्थिति में एक दीवार पर चढ़कर हेमिस्फेरोइड के प्रभाव की जांच है । प्रारंभिक परिणाम 2:1 आस्पेक्ट रेशियो प्रोलेट हेमिस्फेरॉइड के लिए प्राप्त किए गए हैं; प्रयोगात्मक टेस्ट सेक्शन की एक योजनाबद्ध चित्रा 1में प्रदर्शित किया जाता है . मॉडल पॉलिप का परीक्षण 6000-9000 से लेकर रेनॉल्ड्स संख्या में स्थिर प्रवाह की स्थिति के तहत किया गया था; तेल प्रवाह दृश्य परिणाम आंकड़े 3 और 4में प्रदर्शित कर रहे हैं . चित्रा 3 बाएं से दाएं प्रवाह के साथ स्थिर परिस्थितियों में मॉडल पॉलिप का एक आइसोमेट्रिक दृश्य प्रस्तुत करता है। पॉलीप के ऊपर केंद्रित तेल लाइन (पॉलीप के बाईं ओर) और पॉलीप की सतह पर पृथक्करण रेखाओं को प्रदर्शित करती है। पॉलीप के बड़े केंद्रित तेल क्षेत्र में पॉलीप का सिर्फ डाउनस्ट्रीम (दाईं ओर) वोर्टिसिटी एकाग्रता नोड्स प्रस्तुत करता है जो दो काउंटर-घूर्णन भंवर ट्यूबों के लिए अनुलग्नक बिंदु हैं जो डाउनस्ट्रीम हेयरपिन भंवर के पैर बनाते हैं। चित्रा 4 9,000 की रेनॉल्ड्स संख्या में ऊपर से नीचे की ओर बढ़ने वाले प्रवाह के साथ क्रॉस फ्लो में एक मॉडल पॉलीप का शीर्ष दृश्य प्रदर्शित करता है। अटैचमेंट नोड डाउनस्ट्रीम (नीचे) मॉडल वोकल फोल्ड पॉलिप दिखाई दे रहा है। स्थिर प्रवाह की स्थिति के लिए तेल-प्रवाह दृश्य परिणाम मॉडल पॉलीप के घोड़े की नाल भंवर प्रणाली के गठन की पुष्टि करते हैं और प्रोट्यूबेंस के डाउनस्ट्रीम हेयरपिन वोर्टिस के रूप में अन्य दीवार घुड़सवार वस्तुओं के साथ दिखाया गया है18,24,29,40।

अस्थिर प्रवाह की स्थिति, रेनॉल्ड्स संख्या (7.01 मीटर/सेकंड के औसत वेग के आधार पर) 6,300 और 1.2 x10-3की एक स्ट्राउहाल संख्या के साथ, स्थानिक और लौकिक दबाव विविधताओं में परिणाम। अस्थिर प्रवाह ०.६ हर्ट्ज की आवृत्ति पर २.२९ मीटर/सेकंड के ± दोलन करता है । चित्रा 5 एक ही दोलन चक्र भर में अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम दबाव माप प्रदर्शित करता है । लाल रेखा (स्थिति संख्या 3 पर स्थित) पॉलीप के सीधे डाउनस्ट्रीम बैकफ्लो क्षेत्र में सबसे कम दबाव की साइट को इंगित करती है। व्यक्तिगत दबाव ट्रांसड्यूसर मूल्यों को पूरे चक्र में बदलने के लिए पाया गया और ट्रांसड्यूसर स्थानों के बीच दबाव का अंतर चक्र स्थान के एक समारोह के रूप में भिन्न होता है और इसलिए इसका मतलब वेग होता है।

Figure 1
चित्रा 1. पवन सुरंग परीक्षण अनुभाग योजनाबद्ध। क.) पूर्ण परीक्षण अनुभाग बाईं ओर प्रवाह प्रवेश और दाईं ओर आउटलेट के साथ दिखाया गया है। ख.) 2:1 आस्पेक्ट रेशियो दीवार घुड़सवार प्रोलेट हेमफेरॉइड के साथ हटाने योग्य परीक्षण अनुभाग फ्लोर प्लेट के क्लोज-अप योजनाबद्ध। बड़ी छवि देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2। वेग क्षेत्र एक मॉडल मुखर गुना पॉलीप के नीचे एक ७.५ बार स्केल्ड-अप संचालित मुखर गुना मॉडल की मध्य सतह पर घुड़सवार। गतिशील रूप से संचालित मुखर गुना मॉडल योजनाबद्ध मुक्त धारा प्रवाह दिशा प्रदर्शित। ख.) और ग.) एक्स = 7.5 मिमी एक मॉडल पॉलिप के नीचे की ओर y-z विमान में फोनेटरी चक्र के दौरान दो पलों पर ट्रांसवर्स वेग क्षेत्रों मध्य सतह पर घुड़सवार। वेग क्षेत्रों को वेग परिमाण14के वेक्टर भूखंडों के रूप में प्लॉट किया जाता है । बड़ी छवि देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्र 3। क्रॉस फ्लो (Re = 9,000) में दीवार पर चढ़कर प्रोलेट हेमिस्फेरॉइड(यानी मॉडल वोकल फोल्ड पॉलीप) का आइसोमेट्रिक दृश्य। प्राथमिक अपस्ट्रीम सेपरेशन लाइन को पॉलीप के अंधेरे रेखा अपस्ट्रीम (बाईं ओर) के रूप में प्रदर्शित किया जाता है। दीवार पर चढ़कर प्रोलेट हेमिस्फेरॉइड के निकट आने पर दो वोर्टिसिटी एकाग्रता नोड्स स्थित हैं। बड़ी छवि देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्र 4. क्रॉस फ्लो (पुनः = 9,000) में प्रोलेट हेमिस्फेरॉइड के लिए तेल-प्रवाह दृश्य छवि। ऑब्जेक्ट के पीछे रिसर्चर भंवर के कारण, पॉलीप (जाग की बाहरी सीमाओं का प्रतिनिधित्व करने) के किनारे से डाउनस्ट्रीम का विस्तार करने वाली अंधेरी रेखाएं संलग्न बिंदु तक एकाग्र होती हैं। प्राथमिक अपस्ट्रीम सेपरेशन लाइन, हेमिस्फेरोइड सेपरेशन लाइन, वोर्टिसिटी एकाग्रता नोड्स और डाउनस्ट्रीम अटैचमेंट नोड के स्थानों की पहचान की जाती है। बड़ी छवि देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5। 6,300 के मतलब वेग के आधार पर रेनॉल्ड्स संख्या पर अस्थिर प्रवाह के एक चक्र के अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम दबाव माप और एक दीवार पर 1.2 x10-3 की एक स्ट्राउल संख्या प्रोलेट हेमिस्फेरॉइड पर। मापा दबाव ट्रांसड्यूसर के बीच स्थानिक और लौकिक दबाव मतभेद देखे गए। बड़ी छवि देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

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Discussion

एक ज्यामितीय प्रोट्यूबेंस से वोरिकल संरचनाओं के गठन और प्रचार को समझना और एयरोडायनामिक लोडिंग पर उनके बाद के प्रभाव को समझना जो मुखर गुना गतिशीलता को चलाता है, मुखर गुना जंतु और पिंड के उपचार को आगे बढ़ाने के लिए अंतर्दृष्टि और मॉडल प्रदान करना आवश्यक है। इस प्रयोग में मॉडल पॉलिप के कारण होने वाली एयरोडायनामिक लोडिंग में भिन्नता से जंतु13,41के रोगियों में देखे गए अनियमित मुखर गुना गतिशीलता में योगदान होने की उम्मीद है । भविष्य के काम में कण छवि वेलोसिमेट्री का उपयोग करके अस्थिर प्रवाह स्थितियों में त्रि-आयामी प्रवाह अलगाव की जांच करना और सतह प्रवाह दृश्य और सतह दबाव डेटा के साथ परिणामों को सहसंबद्ध करना शामिल है।

तेल प्रवाह विज़ुअलाइज़ेशन सतह टोपोलॉजिकल सुविधाओं जैसे त्वचा घर्षण लाइनों और उच्च और निम्न वेग क्षेत्रों की पहचान के लिए एक उपयोगी और प्रभावी तकनीक है। सतह प्रवाह दृश्य से जुदाई या अनुलग्नक रेखाओं और नोड्स का वर्गीकरण स्थलाकृतिक मानचित्रों के निर्माण में एक महत्वपूर्ण कदम है, जिसे कभी-कभी नाजुक बिंदु सिद्धांत24,40,42के आधार पर जटिल त्रि-आयामी प्रवाह के पृथक्करण और लगाव क्षेत्रों के भंवर कंकाल कहा जाता है। चूंकि तेल-प्रवाह दृश्य मुख्य रूप से एक गुणात्मक माप है, इसलिए यह आवश्यक है कि तेल-प्रवाह दृश्य से गुणात्मक परिणामों को सतह के दबाव और पीवीवी मापों से मात्रात्मक परिणामों के साथ जोड़ा जाए। एक स्थलाकृतिक मानचित्र का विकास त्रि-आयामी प्रवाह संरचनाओं को समझने और पहचानने और तेल-प्रवाह दृश्य परिणामों को पीवीई माप परिणामों से जोड़ने में सहायक है।

तेल-प्रवाह विज़ुअलाइज़ेशन तकनीक की सीमाओं में सतह दबाव माप या कण छवि वेलोसिमेट्री डेटा के साथ एक साथ तेल-प्रवाह दृश्य डेटा प्राप्त करने में असमर्थता और अस्थिर प्रवाह के कारण महत्वपूर्ण बिंदुओं के स्थान पर अस्थिरता और आंदोलन को ट्रैक करने की तकनीक की सीमित क्षमता शामिल है। इष्टतम तेल-प्रवाह दृश्य मिश्रण परीक्षण वेग, जांच की जाने वाली समस्या और परीक्षण सतह विशेषताओं के आधार पर मिश्रण की चिपचिपाहट और सतह तनाव को समायोजित करने के लिए प्रयोग-विशिष्ट मापदंडों पर निर्भर करता है। यह महत्वपूर्ण है कि तेल मिश्रण वांछित वेग पर बहने लगता है और उचित समय के बाद, सतह को लकीर की सतह पैटर्न शेष होने के साथ अपेक्षाकृत शुष्क होना चाहिए। विभिन्न स्थितियों के लिए उपयोग करने के लिए उम्मीदवार तेलों और वर्णकों की सूची के लिए Merzkirch26 को देखें। विशिष्ट प्रयोगात्मक मापदंडों के आधार पर एक गलत मिश्रण, सतह के तल पर जमा बहुत अधिक वर्णक में परिणाम हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप स्पष्ट धारियां नहीं होती हैं, या पर्याप्त वर्णक जमा नहीं होता है जिसके परिणामस्वरूप लकीर जैसा पैटर्न नहीं होता है। जब परीक्षण अनुभाग मंजिल पर मिश्रण लागू करने, लेखकों यह सबसे अच्छा मिश्रण स्प्रे के बजाय सतह पर मिश्रण पेंट करने के लिए पाया, एक विधि अंय जांचकर्ताओं का इस्तेमाल किया है । सतह पर मिश्रण चित्रकारी आवेदन के कारण अतिरिक्त लकीर लाइनों के परिणामस्वरूप।

इस काम में, सतह तेल-फिल्म दृश्य तकनीक को स्थिर प्रवाह स्थितियों(वीडियो 1)में लागू किया जाता है। सतत प्रवाह परीक्षण की स्थिति सामान्य रूप से प्रवाह में खड़ी संरचनाओं के कारण बेहद स्पष्ट छवियों में परिणाम देती है। हालांकि, तेल-फिल्म दृश्य भी अस्थिर प्रवाह स्थितियों में किया जा रहा है । लेखक वर्तमान में जांच कर रहे हैं कि क्या अस्थिर प्रवाह स्थितियों और इस तकनीक की वैधता के तहत कैप्चर की गई छवियों से कोई अतिरिक्त जानकारी प्राप्त की जा सकती है। अस्थिर प्रवाह परीक्षण की स्थिति प्रवाह सुविधाओं का उत्पादन करते हैं जो एक ही दोलन चक्र में मजबूत और कमजोर होते हैं। इस कारण से, गतिशील तेल-दृश्य क्षेत्र की उच्च गति छवियों को पवन सुरंग और अस्थिरी जनरेटर के रूप में प्राप्त किया जाता है।

एक दीवार से त्रि-आयामी प्रवाह जुदाई की जांच करना अस्थिर प्रवाह में हेमिस्फेरोइड घुड़सवार और निकट जाग में जिसके परिणामस्वरूप दीवार के दबाव से अस्थिर त्रि-आयामी प्रवाह अलगाव की हमारी समझ में मौलिक सुधार होगा। भाषण अनुप्रयोगों के अलावा, इस तकनीक में कॉस्टल रेत टिब्बा के प्रबंधन में संभावित अनुप्रयोग हैं, हीट एक्सचेंजर डिजाइन में माध्यमिक प्रवाह में वृद्धि, बड़े पैमाने पर हस्तांतरण और पवन ऊर्जा।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस काम को नेशनल साइंस फाउंडेशन, ग्रांट नं. CBET-1236351 और GW सेंटर फॉर बायोमिमेटिक्स एंड बायोइंस्पीड इंजीनियरिंग (COBRE) ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Rapid Prototyper Objet Objet24 Tray Size (X xY x Z): 240 x 200 x 150 mm
Build layer thickness =  28 µm 
Accuracy = 0.1 mm
Build Resolution: X-axis: 600 dpi, Y-axis: 600 dpi, Z-axis: 900 dpi
Rapid Prototyper Model Material Objet VeroWhite Plus Fullcure 835
Rapid Prototyper Support Material Objet FullCure 705 Support
Copy Toner Xerox
Kerosene Sunnyside
Baby Oil Johnson's
Adhesive Paper Con-Tact Brand White adhesive covering
Tygon Tubing Tygon PVC Tubing 1/16 in ID, 3/16 in OD
Pressure Scanner (16 channel) Scanivalve DSA3217 Used for gas pressure measurements
Pressure range = ±5 in H2O
Full scale accuracy = ±0.3% full scale accuracy. 
Maximum scan rate = 500 Hz/channel
Stainless Steel Tubulations Scanivalve TUBN-063-1.0 0.063 in Diameter and 1 in Length

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References

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बायोइंजीनियरिंग अंक 84 तेल प्रवाह दृश्य मुखर गुना पॉलीप त्रि-आयामी प्रवाह पृथक्करण एयरोडायनामिक प्रेशर लोडिंग
एक मॉडल मुखर गुना पॉलिप द्वारा प्रेरित त्रि-आयामी प्रवाह जुदाई की जांच
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Stewart, K. C., Erath, B. D.,… More

Stewart, K. C., Erath, B. D., Plesniak, M. W. Investigating the Three-dimensional Flow Separation Induced by a Model Vocal Fold Polyp. J. Vis. Exp. (84), e51080, doi:10.3791/51080 (2014).

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