Summary
impact de gouttes de fluides non-newtoniens est un processus complexe, étant donné que différents paramètres physiques influencent la dynamique sur un temps très court (moins d'un dixième de milliseconde). Une technique d'imagerie rapide est introduit dans le but de caractériser le comportement des différents fluides non-newtoniens impact.
Abstract
Dans le domaine de la mécanique des fluides, de nombreux processus dynamiques se produisent pas seulement sur un intervalle de temps très court, mais aussi exigent une haute résolution spatiale pour l'observation détaillée des scénarios qui font qu'il est difficile d'observer avec les systèmes d'imagerie conventionnelles. L'une d'elles est l'impact de la goutte de liquide, qui se produit généralement à moins d'un dixième de milliseconde. Pour relever ce défi, une technique d'imagerie rapide est introduit qui combine une caméra haute vitesse (capables d'aller jusqu'à un million d'images par seconde) avec un objectif macro à longue distance de travail de porter la résolution spatiale de l'image vers le bas à 10 um / pixel. La technique d'imagerie permet la mesure précise de la quantité de dynamique des fluides concernés, tels que le champ d'écoulement, la distance et la vitesse d'étalement d'éclaboussures, de l'analyse de la vidéo enregistrée. Pour démontrer les capacités de ce système de visualisation, la dynamique d'impact lorsque des gouttelettes de fluides non-newtoniens empiètent sur une surface plane et dure sont caracrisée. Deux situations sont envisagées: pour oxydés gouttelettes de métal liquide, nous nous concentrons sur le comportement de diffusion, et de suspensions denses nous déterminons le début de projections. Plus généralement, la combinaison de la résolution de l'imagerie spatiale et temporelle introduite ici offre des avantages pour l'étude de la dynamique rapide dans un large éventail de phénomènes microscopique.
Introduction
Déposez l'impact sur une surface solide est un processus clé dans de nombreuses applications impliquant la fabrication électronique 1, revêtement par pulvérisation 2, et la fabrication additive utilisant impression jet d'encre 3,4, où un contrôle précis de la chute d'étalement et les éclaboussures est souhaitée. Cependant, l'observation directe de l'impact de baisse est techniquement difficile pour deux raisons. Tout d'abord, il s'agit d'un processus dynamique complexe qui se produit dans un délai trop court (~ 100 ps) à imager facilement par les systèmes d'imagerie conventionnelles, comme des microscopes optiques et appareils photo reflex numériques. La photographie au flash peut image cours de beaucoup plus rapide, mais ne permet pas pour l'enregistrement continu, tel que requis pour une analyse détaillée de l'évolution dans le temps. Deuxièmement, l'échelle de longueur induite par l'instabilité de l'impact peut être aussi petite que 10 um 5. Par conséquent, pour étudier quantitativement le processus de l'impact d'un système qui combine l'imagerie ultra-rapide avec une résolution spatiale relativement élevée est souventsouhaitée. En l'absence d'un tel système, les premiers travaux sur l'impact des gouttelettes essentiellement porté sur la déformation géométrique mondial après l'impact 6-8, mais a été incapable de recueillir des informations sur les premiers temps, les processus hors équilibre associés à l'impact, tels que l'apparition d'éclaboussures. Les progrès récents dans le CMOS haute vitesse vidéographie de fluides 9,12 ont poussé le taux de trame jusqu'à un million de fps et temps d'exposition bas en dessous de 1 ps. En outre, les techniques d'imagerie CCD nouvellement développés peuvent pousser le taux de trame bien au-dessus d'un million d'images par seconde 9-12. La résolution spatiale d'un autre côté, peut être augmentée à l'ordre de 1 um / pixel en utilisant des loupes 12. En conséquence, il est devenu possible d'explorer en détail sans précédent de l'influence d'un grand nombre de paramètres physiques sur divers stades de l'impact de chute et de comparer systématiquement expérience et la théorie 5,13-16. Par exemple, la transition de projections dans les fluides newtoniens était foue à fixer par la pression atmosphérique 5, tandis que la rhéologie intrinsèque décide la dynamique de propagation de fluides rendement-stress 17.
Ici encore puissante technique d'imagerie rapide simple est proposée et appliquée pour étudier la dynamique de l'impact des deux types de fluides non-newtoniens: métaux liquides et suspensions denses. Avec l'exposition à l'air, essentiellement tous les métaux liquides (sauf le mercure) spontanément développer une pellicule d'oxyde sur leur surface. Mécaniquement, la peau se trouve à modifier la tension superficielle effective et la capacité de mouillage des métaux 18. Dans un précédent article 15, plusieurs auteurs ont étudié le processus d'étalement quantitativement et étaient en mesure d'expliquer comment l'effet de peau influe sur la dynamique de l'impact, en particulier la mise à l'échelle du rayon d'étalement maximal avec des paramètres d'impact. Depuis métal liquide a haute réflectivité de la surface, un réglage précis de l'éclairage est nécessaire dans l'imagerie. Suspensions unere composée de petites particules dans un liquide. Même pour les liquides newtoniens simples, l'ajout de particules résulte en un comportement non-newtonien, qui devient particulièrement prononcé dans les suspensions denses, c'est à dire à haute fraction volumique des particules en suspension. En particulier, l'apparition d'éclaboussures quand une goutte de suspension frappe une surface lisse, dure a été étudiée dans les travaux antérieurs 16. Les deux liquides particules et les interactions entre les particules peuvent modifier le comportement des éclaboussures de manière significative de ce qu'on pourrait attendre de liquides simples. Pour suivre les particules aussi petites que 80 um dans ces expériences une résolution spatiale élevée est nécessaire.
Une combinaison de diverses exigences techniques telles que la résolution spatiale et temporelle, ainsi que la capacité d'observation des impacts à la fois du côté de et ci-dessous, peuvent tous être satisfaits de la configuration d'imagerie décrit ici. En suivant un protocole standard, décrit ci-dessous, la dynamique d'impact peuvent être investisnomènes étudiés d'une manière contrôlée, comme le montre explicitement pour la diffusion et les éclaboussures comportement.
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Protocol
Une. Configuration d'imagerie rapide (voir la figure 1)
- Commencer par mettre en place une glissière verticale le long de laquelle un récipient rempli avec le fluide destiné à être étudié peut être déplacée librement pour ajuster la vitesse d'impact. Le liquide quitte le fond du récipient à travers une buse, puis pénètre dans la chute libre. Pour ce travail, la hauteur de chute a fait varier de 1 à 200 cm pour donner une vitesse d'impact V 0 = (0,4 à 6,3) ± 0,15 m / sec.
- Construire et monter un cadre pour maintenir le plan d'impact horizontal, généralement une plaque de verre, dans lequel un miroir réfléchissant incliné est positionné pour la visualisation de l'impact de gouttes à partir du bas.
- Placez une plaque de verre propre et lisse sur le support. Assurez-vous que la plaque est nivelé horizontalement.
- Monter une pompe de seringue sur le rail vertical.
- Pour un impact de métal liquide, placez un diffuseur de papier transparent derrière la buse de vue latérale imagerie. Dans le même temps, fixer un papier blanc opaque au-dessus de la pompe à seringue pour générerréflexion pour bas de visualisation (voir la figure 1). Ensuite, recherchez la source de lumière derrière la buse.
- Pour un impact dense de suspension, aucun diffuseur est nécessaire. Au lieu de cela, il suffit de placer la source lumineuse en avant du plan de formation d'image.
- Sélectionnez la macro avec une longueur focale appropriée pour agrandissement souhaité et la distance de travail optique. Ensuite, connectez la lentille de la caméra.
- Montez l'appareil photo sur un trépied et régler la hauteur de la caméra en fonction de la perspective d'imagerie (côté ou en bas).
2. Préparation de l'échantillon
- Préparation de métal liquide oxydé
- Magasin Gallium Indium eutectique (eGain) dans un récipient hermétique. Etant donné que sa température de fusion est d'environ 15 ° C, eGain reste dans un état liquide à la température ambiante.
- Utiliser une pipette pour extraire 3 ml eGain du récipient et extruder sur une plaque acrylique. Attendez 30 minutes pour que l'échantillon soit pleinement oxydé dans l'air. En consequence, une mince couche de peau oxydée ridée recouvre complètement la surface de l'échantillon.
- Utiliser de l'acide chlorhydrique (HCl; «ATTENTION») de différentes concentrations de prélavage l'échantillon eGain et à maîtriser l'oxydation de surface. Plus précisément, le cisaillement de l'échantillon, alors qu'il est dans le bain d'acide, à 60 s-1 taux de cisaillement avec un rhéomètre. Après 10 min de cisaillement, le niveau d'oxydation de la surface de l'échantillon atteint l'équilibre, fixé par la concentration de HCl 15,18.
- Après cette prélavage, en utilisant une seringue en matière plastique avec un embout de buse en acier eGain l'extrait du bain.
- Monter la seringue sur le pousse-seringue et être prêt pour l'expérience.
- Préparation des suspensions denses
- Coupez l'extrémité d'une seringue commerciale (4,5 mm ou 2,3 mm de rayon) et l'utiliser comme tube cylindrique de distribution de la suspension dense.
- Tirez sur le piston et remplir la seringue avec de l'eau tout le chemin à l'extrémité ouverte, ce qui sure n'y a pas de bulle d'air entraîné.
- Mettez sphériques ZrO 2 ou perles de verre dans la seringue. Avec la sédimentation des particules, l'eau va se répandre à partir de la buse. Remplir la seringue avec des particules tout le chemin jusqu'à l'extrémité ouverte. La suspension se coince par gravité.
- Utilisez une lame de rasoir pour enlever les particules mouillées supplémentaires à partir du haut pour garder cette fin plat.
- Retournez sur la buse et le monter sur la pompe à seringue. La tension superficielle empêche les particules de tomber 16.
3. Étalonnage
Avant de recueillir les vidéos, les paramètres de l'appareil d'imagerie doivent être définies et l'alignement de l'éclairage doit être complété. En outre, la résolution spatiale doit être calibré.
- Démarrer la pompe à seringue à une vitesse de 20 ml / h pour faire sortir le fluide (de métal liquide ou de la suspension) de la buse.
- Attendre que le fluide à se détacher de la seringue, et de former une goutte de chutef avoir un impact d'essai sur le substrat de verre.
- Ajustez la position de la caméra, y compris sa position verticale et l'orientation de l'imagerie, pour trouver le floc dans l'écran d'ordinateur qui se connecte à l'appareil photo. Modifier la distance de travail pour organiser l'image d'être dans le plan focal lorsque le rapport de reproduction de l'objectif est fixé à 01h01.
- Varier la taille de l'ouverture, le temps d'exposition et de l'angle d'éclairage pour obtenir la meilleure qualité d'image lorsque la cadence est assez élevée (> 6000 fps). Figure 2 (a) montre des images typiques prises par la caméra à la fois pour eGain liquide et une suspension dense.
- Placez une règle dans le champ de vision (voir figure 2 (b)) et calculer la résolution spatiale en comptant le nombre de pixels correspond travers 1 cm. Assurez-vous qu'il n'ya pas de différence de résolution entre les directions horizontale et verticale.
- Suivre un processus en 3 étapes pour mesurer la fraction de tassement de la chute de suspension dense:
- Mesurer la masse de l'entdroit de floc colère après l'impact (par exemple en laissant tomber goutte dans une tasse de mesure qui peut être pesé avec précision).
- Ensuite, évaporer tout solvant avec un dispositif de chauffage et peser à nouveau le floc pour obtenir la masse des particules.
- Calculer le volume de particules et de liquide pour obtenir la fraction d'emballage. En règle générale, cette fraction de volume doit être d'environ 60%.
- Selon la direction d'observation (en bas ou sur le côté), positionner la caméra de manière appropriée. En particulier, mettre l'appareil en regard du substrat de la vue de côté, ou sur le même plan du miroir réfléchissant de formation d'image de fond.
4. Enregistrement vidéo et d'acquisition de données
- Après l'étalonnage de l'imagerie, redémarrer la pompe de la seringue. Dans le même temps, ouvrir le logiciel de commande de caméra pour surveiller le processus de l'impact.
- Réglez les numéros de châssis de post-déclenchement à peu près la moitié de la longueur de la vidéo. Regardez attentivement lorsque la chute commence à se former et manuellement trigger l'appareil au moment où goutte se détache de la buse. Effectuer quelques tests pratiques avant l'enregistrement de données.
- Une fois les données enregistrées, rogner sur la vidéo à la partie contenant l'impact et enregistrer les vidéos que des séquences d'images pour l'analyse.
5. L'image de post-traitement et de l'analyse
- Utilisez une méthode de détection de limite de localiser le front se déplaçant de eGain liquide car il se propage, ce qui correspond à une forte transition de la valeur moyenne de pixel (voir figures 3 (ab)).
- À partir d'images à la fois de fond et de côté, déterminer le début de projection de suspension dense.
- Effectuer algorithmes particules de suivi pour obtenir des traces de particules individuelles qui se sont échappés de la floc (voir la figure 3 (c)). Ensuite, le calcul de la vitesse d'éjection à partir de ces trajectoires (Figure 3 (d)).
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Representative Results
La technique d'imagerie rapide peut être utilisée pour quantifier la diffusion et les éclaboussures de différents scénarios d'impact. Figure 4 (a), par exemple, montre typiques des séquences d'images d'impact pour eGain liquide avec différentes forces de la peau d'oxyde. En éjectant eGain de la même buse, et à la même hauteur chute, les gouttelettes reproductible avec une vitesse d'impact V 0 = 1,02 ± 0,12 m / s et de rayon R 0 = 6,25 ± 0,10 mm ont été générés. La colonne de gauche montre l'impact d'une chute de eGain air oxydé pas préalablement lavée dans de l'acide. Une longue queue à l'extrémité supérieure de la goutte est formé lorsque le fluide se détache de la buse. A la différence des liquides ordinaires, la couche d'oxyde empêche le fluide de se détendre librement l'énergie de surface, de sorte que cette géométrie non sphérique est maintenue inchangée durant la phase de chute. Après l'impact se produit, une feuille mince de métal liquide (à lamelles) se dilate rapidement le long du substrat lisse. Laver les échantillons dans de l'acide réduit le bœufide et affaiblit l'effet de peau. Les moyens et les colonnes de droite sur la figure 4 (a) montrent des images de gouttes prélavées dans du HCl 2 M, respectivement 0. 0 et 01 M.. Lorsque l'acide devient assez fort pour éliminer complètement tout effet observable de la peau, eGain montre pas de différence dans la propagation de comportement des liquides ordinaires (colonne de droite).
Afin de caractériser l'expansion radiale après l'impact, le facteur d'étalement peut être défini en tant que P m = 0 R / R m, où l'étalement maximal R m est le rayon. Le comportement de mise à l'échelle de P m dans des conditions d'oxydation différents est représentée sur la figure 4 (b) d'une manière classique pour les fluides newtoniens, où Re est le nombre de Reynolds et nous * est un nombre de Weber efficace qui tient compte des contraintes de surface induite par la peau induite par . Ici, le nombre de Reynolds et le nombre de Weber efficace pour eGain sont définis à l'échelle de l'ensemble de baisse. En particulier, Re= 2V 0 R 0 / ν où ν est la viscosité cinématique et nous * = 2ρV 0 2 R 0 / σ eff avec ρ la densité du liquide et σ eff que la tension de surface efficace. 15 Les données bien s'effondrer sur l'échelle le classique 6 . Ceci suggère que la propagation de eGain oxydé conforme à l'argument du bilan énergétique utilisé pour expliquer la propagation des fluides newtoniens, aussi longtemps que l'énergie élastique stockée dans la peau est représenté. En général, aucune projection de eGain est observée depuis la tension de surface (> 400 mN / m) est beaucoup plus grande que dans les liquides ordinaires.
Pour les suspensions denses, les expériences ont porté sur l'apparition de démarrage. Un liquide non visqueux a été utilisé comme solvant de sorte que le nombre de Reynolds Re p a toujours été supérieur à 400. Dans ce régime, la dissipation visqueuse est négligeable par rapport aux effets d'inertie. Figure 5 p et rayons r p. Depuis la dynamique des particules simples domine l'impact, à la fois du nombre de Reynolds et nombre de Weber sont définis à l'échelle des particules unique. A savoir, Re p = V 0 R p / ν et p = ρ Nous p V p R 0 2 / σ, où R p est le rayon de la particule. Ici, en changeant la vitesse d'impact varie le nombre de Weber de particule Nous p. Pour chaque point de l'intrigue, l'expérience a été répétée 10 fois. Les cercles vides rouges sont les cas où des éclaboussures est toujours trouvé, et les points bleus pleins correspondent à la situation en l'absence de démarrage se trouve. Les carrés verts, cependant, indiquent les scénarios lorsque les deux éclaboussures et aucun splash sont observés dans les 10 répétitions. Dans tous les cas, la transition à des projections qui se passe à la même valeur de p Nous ≈ 14. Ceci est cohérent avec un argument quile nombre de Weber à base de particules est le paramètre pertinent pour l'apparition de démarrage 16. Les encarts montrent des images représentatives de démarrage et aucune situation de démarrage. En comparant les résultats de la transition des éclaboussures de fluides newtoniens, une différence notable apparaît. Classiquement, l'apparition des éclaboussures de liquides newtoniens est réglé par la quantité sans dimension K = Nous moitié Re 1/4, où nombre de Weber, Nous, et le nombre de Reynolds, Re, sont définis pour l'ensemble de baisse de 7. Cependant, en ajoutant des particules dans le liquide, une échelle de longueur supplémentaire, la taille des particules, est introduit dans le système. En conséquence, dans le cas où les suspensions sont aussi dense que le point de blocage, la dynamique de la particule individuelle détermine l'apparition d'éclaboussures.
L'un des traits distinctifs de suspensions denses est la structure de dentelle formé à la suite de l'impact (Figure 6 (a)). Pour caractériser ce nouveau type d'instabilité, la zonedes trous ouverts est quantifiée grâce à l'analyse de l'imagerie. Tout d'abord, la distribution de la vitesse dans la couche d'étalement peut être obtenue à l'aide de vélocimétrie par images de particules (PIV). Ensuite, les anneaux jaunes dans la figure 6 (a) sont définies avec particules Weber nombre Nous p = 10, 75, et 920, qui tous se dilater radialement avec le temps. Analyse par imagerie, la surface des trous et la surface totale entre chaque bague sont obtenus sous forme de trou de S et S 0, respectivement. Le rapport de S trou à S 0 est portée en fonction du temps sur la figure 6 (b). De l'intrigue, il est clair que l'instabilité de trou-ouverture se produit surtout dans le régime externe de la diffusion.
Figure 1. Illustration schématique de la configuration de formation d'image. Lacaméra rapide utilisé pour ce travail peut atteindre 6242 images par seconde (fps) à 1280 x 800 résolution d'écran, la vitesse maximale est de 10 images par seconde à 6 résolution réduite (128 x 8). Pendant l'expérience, les gouttes ont été lentement extrudées à partir d'une buse à l'aide d'une pompe à seringue. L'éclairage du système est fournie par deux sources lumineuses blanches. Les feux avant et arrière sont utilisés pour le métal liquide et de l'impact de la suspension dense, respectivement.
Figure 2. (A) Les images typiques prises par la caméra pour eGain liquide (colonne de gauche) et une suspension dense de particules dans un liquide (colonne de droite). Observation peuvent être effectuées à la fois de fond et de côté. Pour mettre en évidence le profil de l'objet, la baisse est allumé dans une direction perpenculaire au plan de l'image. Plus précisément, pour eGain liquide, la goutte est rétro-éclairé pour augmenter le contraste à la limite liquide / air. Pour les suspensions denses, l'échantillon est éclairé par l'avant, de telle sorte que les particules individuelles dans la goutte peuvent être distinguées. (B) Un exemple de résolution spatiale étalonnage à 10 000 images par seconde. Ici, il ya 192 pixels de largeur sur une distance de 1 cm. Ainsi, la résolution spatiale de ce chiffre est de 1 52 um / pixel ≈ cm/192 pixels. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 3. Analyse de l'image. Pour des gouttes de métal liquide, nous avons d'abord seuil des images pour chaque image (voir (a)). La valeur de pixel moyenne le long d'une bague à la position radiale r (voir le cercle plein en (a)) indique l'emplacement de la limite d'étalement. Classiquement, le blanc correspond à zéro et noir pour un. En conséquence, le tracé de la valeur moyenne de pixel (b) montre une transition nette. La position correspondant à 0,5 donne emplacement de la frontière, où l'incertitude provient de la largeur. Le front se déplaçant est le paramètre clé pour l'étude de la propagation. En revanche, l'impact de la suspension dense, non seulement la diffusion, mais aussi le début d'éclaboussures de préoccupation. Groupe (c) montre le résultat de suivi de particules de particules éclaboussures, où les queues jaunes attachés aux particules indiquent leurs trajectoires. L'intrigue dans (d) donne la trace de particules entouré en (c). Etant donné que le pas de temps est de 1/10 000 s, la vitesse qui s'échappe est constante à environ 1,5 m / sec, ce qui correspond bien à la vitesse d'impact.f = "https://www.jove.com/files/ftp_upload/51429/51429fig3highres.jpg" target = "_blank"> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 4. Propagation dynamique de eGain liquide. (A) la séquence d'image typique de eGain gouttes impact sur un substrat de verre (captée par une caméra rapide sensible à la couleur. Dans ce cas, la résolution spatiale est réduite à 59 um / pixel à 7600 fps). Les gouttes sont initialement prélavés dans une solution de HCl comme indiqué dans le texte. Pour toutes les séquences d'images ci-dessus, la vitesse d'impact a été maintenue à V 0 = 1,02 ± 0,12 m / s et le diamètre de la goutte initiale était R 0 = 6,25 ± 0,10 mm. (B) capillaire de transition visqueux pour le comportement de eGain de l'impact des gouttes prélavé wdifférentes concentrations d'acide vec. Le paramètre sans dimension K = Nous * / Re 4/5 est utilisé pour réduire toutes les données. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 5. Splash début Weber nombre Nous p en fonction de particules de rayon r p et la densité ρ p. Les cercles rouges creuses sont les cas où des éclaboussures est toujours trouvé, et les points bleus pleins correspondent à la situation en l'absence de démarrage se trouve dans 10 répétitions successives. Les carrés verts indiquent les scénarios lorsque les deux éclaboussures et aucun splash sont observés dans les 10 répétitions. Les parcelles encastrés sont des images typiques de projections et nonsplashing cas. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 6. Instabilité en suspension propagation dynamique. Groupe (a) montre une image typique lors de l'impact. Lors de l'épandage, des trous ouverts entre les amas de particules dues au gradient de vitesse dans la monocouche. Les trois anneaux jaunes dans l'image indiquent les positions radiales correspondantes de particules différent des numéros Weber (Nous p = 10, 75, 920). (B) Le rapport de la surface des trous (trou de S) à la surface totale (S 0) entre chaque anneau. trou de S / S 0 est fonction du temps, t.
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Discussion
Plusieurs étapes sont essentielles pour la bonne exécution de l'imagerie rapide. Tout d'abord, l'appareil photo et l'objectif doivent être réglés de manière appropriée et calibré. En particulier, afin d'obtenir une résolution spatiale élevée, le taux de reproduction de la lentille doit être maintenue proche de 1:1. Ceci est particulièrement important pour la visualisation des suspensions denses. De plus, la taille de l'ouverture doit être soigneusement choisie pour l'imagerie. Par exemple, l'observation du côté en général nécessite une profondeur de champ plus, donc plus petite taille d'ouverture. Pour maintenir la luminosité de la vidéo, il faut augmenter le temps d'exposition et de réduire ainsi le taux d'encadrement (~ 6000 fps). En revanche, vue d'en bas ne nécessite que la caméra se concentrer sur un seul plan. En conséquence, la résolution temporelle plus élevée peut être obtenue (~ 10.000 fps).
Deuxièmement, une bonne configuration de l'éclairage est un facteur clé pour obtenir une frontière nette des gouttes. Étant donné que tous les échantillons ont été éclairés soit à l'arrière ou front, les sources lumineuses doivent être alignés verticalement au plan de l'image. Si l'angle d'éclairage est incliné, l'ombre dans l'image et la réflexion sur la surface de l'échantillon (par exemple, des surfaces brillantes comme les métaux liquides) peuvent faire une détection précise de limite impossible.
En troisième lieu, l'appareil de déclenchement est important lors de l'enregistrement vidéo. Les utilisateurs doivent estimer combien d'images doivent être enregistrées avant le déclenchement. La configuration spécifique peut varier selon les individus, en fonction de différents temps de réaction. Ainsi, plusieurs tests d'essai pour la pratique sont nécessaires avant que les mesures réelles.
Une limitation implique une résolution de compromis spatiale. Pour la plupart des images prises dans les expériences, la résolution était d'environ 50 um, ce qui suggère qu'il est plutôt difficile de visualiser clairement les particules inférieures à 50 pm (bien que des algorithmes de poursuite de particules de pointe peuvent aider à cet égard, en fonction de la DETA expérimental spécifiqueILS 10-12). Une autre limite potentielle est la forte réduction de la résolution de l'époque où le champ de vision requis devient grand. Pour le floc s'étendant à plusieurs centimètres, la vitesse de défilement peut descendre en dessous de 5000 images par seconde, ce qui peut ne pas être assez rapide pour capturer dynamique rapide.
En résumé, le système d'imagerie rapide (caméra rapide + macro) décrit ici est un outil prometteur pour l'étude de la dynamique des processus rapides. L'accent était sur l'impact des fluides non-newtoniens, mais les enquêtes de beaucoup d'autres sujets de recherche, tels que rupture liquide de chute 19,20, jets granulaires 21, et la coalescence de liquide baisse de 22, de bénéficier d'une technique similaire. Cette approche expérimentale permet à des phénomènes de micro-échelle de l'image et en même temps obtenir un aperçu de la dynamique d'accompagnement à l'échelle de microsecondes, un régime qui est un défi pour les méthodes d'imagerie conventionnelles.
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Disclosures
Les auteurs n'ont rien à révéler.
Acknowledgments
Merci à Wendy Zhang, Luuk Lubbers, Marc Miskin et Michelle Driscoll pour de nombreuses discussions utiles et Qiti Guo pour l'aide à la préparation des échantillons expérimentaux. Ce travail a été soutenu par MRSEC le programme de la National Science Foundation Grant No. DMR-0820054.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Gallium-Indium Eutectic | Sigma Aldrich | 495425-25G | |
| Hydrochloric Acid | Sigma Aldrich | 320331-2.5L | |
| Zirconium oxide | Glen Mills Inc. | 7200 | |
| Phantom V12 and V7 Fast Ccamera | Vision Research | N/A | |
| 105 mm Micro-Nikon | Nikon | N/A | |
| 12 V / 200 W light Source | Dedolight | N/A | |
| Syringe Pump | Razel | MODEL R9-9E |
References
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