Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

Быстрый метод визуализации по изучению падения Impact Динамика неньютоновских жидкостей

Published: March 5, 2014 doi: 10.3791/51249

Summary

Влияние Капля неньютоновских жидкостей является сложным процессом, так как различные физические параметры влияют на динамику в течение очень короткого времени (менее одной десятой миллисекунды). Быстрый метод визуализации вводится для того, чтобы охарактеризовать воздействия поведения различных неньютоновских жидкостей.

Abstract

В области механики жидкости, многие динамические процессы не только происходить в течение интервала очень короткое время, но и требуют высокого пространственного разрешения для детального наблюдения, сценарии, которые делают его сложным для наблюдения с обычными системами визуализации. Одним из них является влияние капля жидкости, которая обычно происходит в течение одной десятой миллисекунды. Чтобы справиться с этой задачей, техника быстро томография вводится который сочетает в себе высокую скорость камеры (способный до одного миллиона кадров в секунду) с макро-объектив с большим рабочим расстоянием довести пространственное разрешение изображения до 10 мкм / пиксель. Метод визуализации обеспечивает точное измерение соответствующих жидких динамических величин, таких как поле потока, распространяющегося расстояния и скорости брызг, из анализа записанного видео. Для демонстрации возможностей этой системы визуализации, динамика воздействия, когда капельки неньютоновских жидкостей посягают на плоской твердой поверхности являются characteавторизованный. Две ситуации считаются: для окисленных капель жидкого металла мы ориентируемся на расширяющей поведения, а для плотно упакованных суспензий мы определить начало брызг. В целом, сочетание высоким временным и пространственным разрешением изображения, введенного здесь дает преимущества для изучения быструю динамику в широком диапазоне микромасштабных явлений.

Introduction

Оставьте влияние на твердую поверхность является ключевым процессом во многих приложениях, связанных с электронной изготовление 1, напылением 2 и присадок производства с использованием струйной печати 3,4, где точный контроль падения распространения и брызг желательна. Тем не менее, прямое наблюдение удара в результате падения технически сложной по двум причинам. Во-первых, это сложный динамический процесс, который происходит в пределах шкалы времени слишком короткие (~ 100 мкс) для включения в образ легко с помощью обычных систем визуализации, таких как оптические микроскопы и зеркальных камер. Съемка со вспышкой, конечно, могут образа намного быстрее, но не позволяет для непрерывной записи, как это требуется для детального анализа эволюции с течением времени. Во-вторых, масштаб длины, индуцированный неустойчивости ударных может быть как 10 мкм 5. Поэтому, чтобы количественно изучить процесс ударную систему, которая сочетает в себе сверхбыстрого изображений наряду с достаточно высоким пространственным разрешением частолучшего. При отсутствии такой системы, ранних работ по воздействию капель сосредоточены в основном на мировом геометрической деформации после удара 6-8, но не смог собрать информацию о начале времени, неравновесных процессов, связанных с воздействием, например, начала брызг. Последние достижения в области CMOS высокой скорости видеосъемка жидкостей 9,12 подтолкнули частоту кадров до одного миллиона кадров в секунду и времени экспозиции вниз ниже 1 мкс. Кроме того, недавно разработанные методы визуализации ПЗС может подтолкнуть частоту кадров значительно выше одного миллиона кадров в секунду 9-12. Пространственное разрешение, с другой стороны, может быть увеличена до порядка 1 мкм / пиксель, используя увеличительные линзы 12. Как следствие, это стало возможным исследовать в беспрецедентных деталях влияние широкого круга физических параметров на различных этапах удара в результате падения и систематически сравнивать эксперимент и теорию 5,13-16. Например, брызг переход в ньютоновских жидкостей был фуй, который будет установлен атмосферного давления 5, в то время как внутренняя реологические решает для расширения спектра динамику доходности стресс жидкостей 17.

Вот простой, но мощный метод быстро томография внедрена и применяется для изучения динамики воздействия двух типов неньютоновских жидкостей: жидких металлов и плотно упакованные суспензий. С воздействием воздуха, практически все жидкие металлы (кроме ртути) спонтанно разработать оксидные пленки на их поверхности. Механически, кожа найдено изменять эффективное поверхностное натяжение и смачивающий способность металлов 18. В предыдущей статье 15, некоторые из авторов изучил процесс распространения количественно и смогли объяснить, как скин-эффект влияет на динамику воздействие, особенно масштабирование максимального распространения радиуса с прицельными параметрами. Поскольку жидкий металл обладает высокой отражательной способности поверхности, осторожны регулировка освещения требуется в визуализации. Подвескиповторно состоит из мелких частиц в жидкости. Даже для простых ньютоновских жидкостей, добавление частиц приводит к неньютоновской поведения, которая становится особенно заметно в плотных суспензий, т.е. при высокой объемной доли взвешенных частиц. В частности, начало брызг, когда капля суспензии парад гладкую, твердую поверхность изучали в предыдущей работе 16. Оба жидкость-частиц и взаимодействий между частицами может изменить поведение брызг значительно от того, что можно было бы ожидать от простых жидкостей. Чтобы отслеживать частицы размером 80 мкм в этих экспериментах необходима высокое пространственное разрешение.

Сочетание различных технических требований, таких как высоким временным и пространственным разрешением, а также возможностью для наблюдения воздействия как со стороны и снизу, все это может быть выполнено с установкой изображений описанной здесь. Следуя стандартный протокол, описанный ниже, динамика воздействия может быть исследовабелл в управляемом режиме, как показано явно для распространения и брызг поведение.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Быстрый изображений установки (см. рисунок 1)

  1. Начните с создания вертикальной трек, по которому контейнер, заполненный жидкостью для изучения можно свободно перемещать регулировать скорости удара. Жидкость выходит из дна контейнера через сопло, а затем переходит в свободное падение. За эту работу высота свободного падения варьировалась от 1-200 см, чтобы дать скорости удара V 0 = (0.4-6.3) ± 0,15 м / с.
  2. Построить и установить раму провести горизонтальную плоскость удара, обычно стеклянную пластину, под которым наклонены отражающее зеркало позиционируется для визуализации воздействие на падение снизу.
  3. Поместите чистую и гладкую стеклянную пластину на держатель. Убедитесь, что пластина выравнивается в горизонтальном направлении.
  4. Установите шприцевой насос на вертикальную дорожку.
  5. Для воздействия жидкого металла, поместите прозрачный бумаги диффузор сзади сопла для бокового обзора изображений. В то же время, прикрепить белую непрозрачную бумагу выше шприцевой насос для генерированияотражения для нижней осмотра (см. Рисунок 1). Затем местонахождение источника света позади сопла.
  6. Для плотного удара подвески, не диффузор не требуется. Вместо этого, просто поместите источник света в передней части самолета изображения.
  7. Выберите макрообъектив с соответствующим фокусным расстоянием для желаемого увеличения и оптической рабочей дистанции. Затем подключите объектив к фотоаппарату.
  8. Установите камеру на штатив и регулировать высоту камеры в соответствии с перспективной изображений (сбоку или снизу).

2. Подготовка образцов

  1. Подготовка окисленного жидкого металла
    1. Магазин галлия-индия Eutectic (eGaIn) в герметичном контейнере. С его температура плавления около 15 ° С, eGaIn остается в жидком состоянии при комнатной температуре.
    2. Используйте пипетку, чтобы извлечь 3 мл eGaIn из контейнера и выдавите его на акриловой пластиной. Подождите 30 минут для образца, чтобы быть полностью окисляется на воздухе. В consequeсть, тонкий слой морщинистой окисленного кожи полностью покрывает поверхность образца.
    3. Используйте соляной кислоты (HCl; "ВНИМАНИЕ") различных концентрациях для предварительной стирки образец eGaIn и контролировать поверхностное окисление. В частности, сдвига образца, пока он находится в кислотной ванне, при 60 с -1 скорости сдвига с помощью реометра. Через 10 мин сдвига, уровень поверхностного окисления в образце достигает равновесия, установленный концентрации 15,18 HCl.
    4. После этого предварительной стирки, использовать пластиковый шприц с наконечником стали сопла для извлечения eGaIn из ванны.
    5. Установите шприц на шприцевой насос и быть готовым для эксперимента.
  2. Подготовка плотных суспензий
    1. Отрежьте конец коммерческой шприца (4,5 мм или 2,3 мм в радиусе) и использовать его в качестве цилиндрической трубки для выдачи плотную подвеску.
    2. Потяните поршень и заполните шприц с водой весь путь до открытого конца, что делает SЮр нет воздушного пузыря увлекаются.
    3. Положите сферические ZrO 2 или стеклянные бусы в шприц. С осаждения частиц, вода будет выливаться из сопла. Заполните шприц с частицами всю дорогу до открытого конца. Приостановление заклинит под действием силы тяжести.
    4. Используйте лезвие, чтобы удалить лишние смоченных частиц сверху, чтобы сохранить этот конец плоским.
    5. Переверните сопла и смонтировать его на шприцевой насос. Поверхностное натяжение будет предотвратить частицы от выпадения 16.

3. Калибровка

Перед сбором видео, параметры устройства визуализации должны быть установлены и выравнивание освещения должен быть завершен. Кроме того, пространственное разрешение нуждается в калибровке.

  1. Запуск шприцевой насос со скоростью 20 мл / час вытолкнуть жидкость (жидкий металл или суспензии) из сопла.
  2. Подождите, пока жидкости отделяться от шприца, образуют капли и падениее сделать воздействие тест на стеклянной подложке.
  3. Отрегулируйте положение камеры, в том числе его вертикальном положении и ориентации изображения, чтобы найти восклицательный знак на мониторе компьютера, который подключается к камере. Изменить рабочее расстояние организовать изображение, которое будет в фокальной плоскости, когда коэффициент масштабирования объектива фиксируется в 1:01.
  4. Вары размер апертуры, времени экспозиции и угол освещения для получения наилучшего качества изображения при частоте кадров достаточно высока (> 6000 кадров в секунду). Рисунок 2 (а) показаны типичные снимки, сделанные с помощью камеры и для жидкого eGaIn и плотной подвеской.
  5. Поместите линейку в поле зрения (см. рисунок 2 (б)), чтобы рассчитать пространственное разрешение, считая, сколько пикселей подходят по 1 см. Убедитесь, что нет никакой разницы в резолюции между горизонтальном и вертикальном направлениях.
  6. Следуйте 3-ступенчатый процесс для измерения уплотненной фракции плотной капли подвески:
    1. Измерьте массу ЛОРгнев знак сразу после воздействия (например, позволяя падение падение в мерный стаканчик, которые могут быть взвешенной точно).
    2. Тогда, испариться весь растворитель с нагревателем и взвесить восклицательный знак снова получить массу частицы.
    3. Рассчитайте объем частиц и жидкости, чтобы получить уплотненной фракции. Как правило, это объемная доля должна быть около 60%.
  7. По направлению наблюдения (снизу или сбоку), поместите камеру соответствующим образом. В частности, поставить камеру рядом с субстратом для вида сбоку или на том же уровне отражающей зеркало для нижней изображений.

4. Запись видео и сбора данных

  1. После калибровки изображения, перезагрузите шприцевой насос. В то же время, откройте камеры контроля программного обеспечения для наблюдения за процессом воздействия.
  2. Установите после запуска кадров цифры в примерно половине длины видео. Смотрите внимательно, когда падение начинает формироваться и вручную аккуратныйGER камера в момент, когда перепад отсоединяется от сопла. Выполните несколько тестов практики перед записью данных.
  3. После того, как данные записываются, урезать видео на части, содержащей влияние и сохранить видео как последовательности изображений для анализа.

5. Изображение Пост-обработка и анализ

  1. Использование метода границы обнаружения для обнаружения движущегося фронта жидкости eGaIn как он распространяется, что соответствует резкому переходу в среднее значение пикселя (см. рис 3 (AB)).
  2. От обоих нижних и боковых изображений, определить брызг начало плотной подвеской.
  3. Выполните алгоритмы частиц отслеживания для получения следы отдельных частиц, что бежали из восклицательный знак (см. рисунок 3 (с)). Затем вычислить скорость выброса из таких траекторий (рис. 3 (г)).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Методика быстро изображения могут использоваться для количественного определения распространения и брызг для различных сценариев воздействия. Рисунок 4 (а), например, показывает типичные последовательности воздействие изображения для жидкого eGaIn с различной прочности кожи оксид. По извлечения eGaIn из того же сопла и в то же падение высоты, капли с воспроизводимым скорости удара V 0 = 1,02 ± 0,12 м / сек и радиус R 0 = 6,25 ± 0,10 мм были получены. В левой колонке показывает воздействие воздухом окисляется eGaIn капли не предварительно промытую в кислоте. Длинный хвост на верхнем конце капли образуется, когда жидкость отделяется от сопла. В отличие от обычных жидкостей, кожа оксид предотвращает жидкость из свободно отдыха поверхностную энергию, так что это несферическая геометрия сохраняется неизменным в течение падающего этапе. После происходит воздействие, тонкий лист жидкий металл (ламели) быстро расширяется вдоль гладкой подложке. Стиральная образцы в кислоте снижает волаязь и ослабляет влияние кожи. Средний и правый столбцы на фиг.4 (а) показывают изображения капель предварительно промытую в 0. 01 М и 0. 2 М HCl, соответственно. Когда кислота становится достаточно сильным, чтобы в полной мере устранить любую наблюдаемую скин-эффекта, eGaIn не показывает разницу в распространении поведение от обычных жидкостей (правая колонка).

Для того чтобы охарактеризовать радиального расширения после воздействия, коэффициент расширения может быть определена как Р м = R 0 / R м, где максимум распространяется радиус является R м. Поведение масштабирование P м при различных условиях окисления приведена на рисунке 4 (б) обычным способом для ньютоновских жидкостей, где Re является число Рейнольдса и мы * является эффективным число Вебера, что составляет поверхности стресс, вызванный индуцированного кожи . Здесь, число Рейнольдса и эффективное число Вебер для eGaIn определены на масштабах всей капли. В частности, Re= 2В 0 R 0 / ν, где ν кинематическая вязкость и мы * = 2ρV 0 2 R 0 / σ эфф с ρ в качестве жидкого плотности и σ эф как эффективного поверхностного натяжения. 15 Данные красиво рухнуть на классический масштабирования 6 . Это говорит о том, что распространение окисленного eGaIn соответствует аргументу баланса энергии, используемой для объяснения распространения для ньютоновских жидкостей, при условии, что упругая энергия сохраняется в коже учитывается. Как правило, нет разбрызгивание eGaIn не наблюдается, так как поверхностное натяжение (> 400 мН / м) гораздо больше, чем в обычных жидкостей.

Для плотных суспензий, эксперименты направлены на всплеск заболевания. Невязкой жидкость была использована в качестве растворителя таким образом, чтобы число Рейнольдса Re частиц р всегда больше, чем 400. В этом режиме, вязкая диссипация ничтожно мала по сравнению инерционных эффектов. Рисунок 5 р и радиусы г р. Поскольку динамика отдельных частиц доминирует влияние, как число Рейнольдса и число Вебера определяются по шкале одного частиц. А именно, Re р = V 0 R р / ν и Мы р = ρ р V 0 2 R р / σ, где R р радиус частицы. Здесь, изменение скорости удара изменяет Weber частиц номер Мы с. Для каждой точки на графике, эксперимент был повторен 10 раз. Красные полые круги являются случаи, когда всплеск всегда найдено, а сплошные синие точки соответствуют ситуации, когда ни всплеск не будет найден. Открытые зеленые квадраты, однако, указывают на сценарии, когда оба всплеск и не всплеск наблюдается в 10 повторов. Во всех случаях, переход к брызг происходит в том же значении Мы р ≈ 14. Это согласуется с аргументом, чточастица основе Вебер число является важным параметром для выплеска начала 16. На вставках показаны репрезентативные изображения всплеск и никаких всплеск ситуаций. Сравнивая результаты с брызг перехода ньютоновских жидкостей, отличительной разница возникает. Традиционно, брызг начало для ньютоновских жидкостей устанавливается безразмерной величины K = Мы 1/2 Re 1/4, где число Вебера, Мы и число Рейнольдса, Re, определяются для всей падения 7. Однако при добавлении частиц в жидкости, дополнительный масштаб длины, размер частиц, вводится в систему. В результате, в случае, когда суспензии плотнее точки помех, динамика отдельной частицы определяет начало брызг.

Одной из отличительных особенностей плотных суспензий является кружева, как структура, образованная в период после воздействия (рис. 6 (а)). Для того чтобы охарактеризовать этот новый тип неустойчивости, площадьиз открытых отверстий количественно с помощью анализа изображений. Во-первых, распределение скоростей в подстилающего слоя могут быть получены с помощью Particle Velocimetry изображения (PIV). Затем, желтые кольца на фиг.6 (а) определены с частица Weber число Мы р = 10, 75 и 920, которые все расширяться в радиальном направлении с течением времени. При получении изображений анализ, площадь отверстий и общая площадь между каждым кольцом получают в виде S отверстием и S 0, соответственно. Отношение S отверстия до S 0 в зависимости от времени на фиг.6 (б). Из графика, ясно, что нестабильность отверстие открытие происходит главным образом в наружной режима распространения.

Рисунок 1
Рисунок 1. Схематическое изображение установки изображения.быстро камера используется для этой работы может достичь 6242 кадров в секунду (FPS) в 1280 х 800 пикселей широкоформатный, максимальная частота кадров составляет 10 кадров в секунду при 6 уменьшенным разрешением (128 х 8). В ходе эксперимента, капли медленно экструзии из сопла с помощью шприцевого насоса. Освещение системы обеспечивается двумя источников белого света. Передние и задние фонари используются для жидкого металла и плотного удара подвески, соответственно.

Рисунок 2
Рисунок 2. (А) Типичные изображения, полученные с помощью камеры для жидкого eGaIn (левая колонка) и плотной суспензии частиц в жидкости (правая колонка). Наблюдение может быть выполнена как из нижней и боковой. Чтобы подчеркнуть профиля объекта, падение освещается в направлении перпендикулярноперпендикулярных к плоскости изображения. В частности, для жидкого eGaIn, падение с подсветкой, чтобы увеличить контраст в жидкости / воздуха границе. Для плотных суспензий, образец горит с передней, так что отдельные частицы в капле можно выделить. (Б) Пример разрешения калибровки пространственного на 10000 кадров в секунду. Здесь есть 192 пикселей по всей расстоянии 1 см. Таким образом, пространственное разрешение для этой фигуры является 1 cm/192 Pixels ≈ 52 мкм / пиксел. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 3
Рисунок 3. Анализ изображений. Для капель жидкого металла, первый порог изображения для каждого кадра (см. (а)). среднее значение пиксел по кольцу в радиальном положении г (см. сплошную круг в (а)) указывает местоположение расширяющей границы. Обычно белые соответствует нулю и черный к одному. В результате, участок среднего значения пикселя (б) показывает резкий переход. Положение, соответствующее 0,5 дает местоположение границы, где неопределенность исходит от ширины. Движущийся фронт является ключевым параметром для изучения распространения. В отличие от этого, для плотного удара подвески, а не только распространение, но и брызг начало вызывает беспокойство. Панель (в) показан результат от отслеживания частиц брызг частиц, где желтые хвосты, прикрепленные к частицам указывают их траектории. Сюжет в (г) дает след частиц обведены (с). Так как время шаг 1/10, 000 сек, выпускаемый скорость постоянна около 1,5 м / сек, что соответствует также к скорости удара.е = "https://www.jove.com/files/ftp_upload/51429/51429fig3highres.jpg" целевых = "_blank"> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 4
Рисунок 4. Распространение динамику жидкости eGaIn. (А) Типичная последовательность изображение eGaIn капли влияет на стеклянную подложку (захваченной цветовой чувствительных к быстрым камеры. В этом случае пространственное разрешение снижается до 59 мкм / пиксель на 7600 кадров в секунду). Капли первоначально предварительно промывали в растворе HCl, как указано в тексте. Для всех последовательности изображений, показанных выше, скорость в момент удара держали при V 0 = 1,02 ± 0,12 м / с и начальный диаметр падение составило R 0 = 6,25 ± 0,10 мм. (Б) капиллярной вязкой перехода для поведения удара eGaIn падает предварительно промытую весIth различные концентрации кислоты. Безразмерный параметр К = Мы * / Re 4/5 используется, чтобы свернуть все данные. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 5
Рисунок 5. Всплеск натиска Weber номер Мы р как функция частиц радиуса г р и плотности ρ р. Красные полые круги являются случаи, когда всплеск всегда найдено, а сплошные синие точки соответствуют ситуации, когда ни всплеск не находится в 10 последовательных повторяется. Открытые зеленые квадратики показывают сценарии, когда оба всплеск и не всплеск наблюдается в 10 повторов. На вставке участки обычное изображение, полученное брызг и nonsplashiнг случаи. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 6
Рисунок 6. Нестабильность в динамике подвески распространения. Панель (а) показан типичный образ во время удара. Во время распространения, отверстия открытые между кластерами частиц из-за градиента скорости в монослое. Три желтые кольца в изображении указывают на радиальных положениях, соответствующих различным частиц Weber номера (мы р = 10, 75, 920). (Б) отношение площади отверстий (S отверстия) к общей площади (S 0) между каждым кольцом. S отверстие / S 0 в зависимости от времени, т.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Несколько шагов имеют решающее значение для надлежащего исполнения быстрой визуализации. Во-первых, камеры и объектива должны быть правильно настроен, и откалиброваны. В частности, для того чтобы получить высокое пространственное разрешение, коэффициент масштабирования объектива должна быть близко к 1:1. Это особенно важно для визуализации плотных суспензий. Кроме того, размер апертуры необходимо тщательно подобраны для работы с изображениями. Например, наблюдение со стороны в целом требует более длительного глубину резкости, поэтому меньший размер диафрагмы. Для поддержания яркости видео, нужно увеличить время экспозиции и тем самым снизить частоту кадров (~ 6000 кадров в секунду). В противоположность этому, вид снизу требует только камеру сфокусироваться на одной плоскости. Как следствие, разрешение выше время могут быть получены (~ 10000 кадров в секунду).

Во-вторых, собственно настройки освещения является ключевым фактором для получения резкую границу капель. Поскольку все образцы были зажжены либо со спины или Фронт, источники света должны быть выровнены по вертикали в плоскости изображения. Если угол освещения наклонена, тень на изображении и поверхность отражения от образца (например, от блестящих поверхностей, таких как жидких металлов) может сделать невозможным точное обнаружение границы.

В-третьих, камера запуска важно, когда видеозапись. Пользователи должны оценить, сколько кадров должны быть записаны перед запуском. Конкретный установки может изменяться в зависимости от физических лиц, в зависимости от различных временах реакции. Таким образом, несколько пробных тестов для практикующих необходимы перед реальных измерений.

Одним из ограничений связано с пространственным разрешением компромисс. Для большинства изображений, полученных в экспериментах, резолюция около 50 мкм, что позволяет предположить, что это довольно сложно четко визуализировать частиц менее 50 мкм (хотя алгоритмы отслеживания расширенный частиц может помочь в этом отношении, в зависимости от конкретного экспериментального ДЭТАILS 10-12). Еще одна потенциальная ограничением является резкое сокращение временного разрешения, когда требуемое поле зрения становится большим. Для знак распространяется на несколько сантиметров, частота кадров может упасть ниже 5000 кадров в секунду, которые не могут быть достаточно быстро для захвата быструю динамику.

Таким образом, система быстро томография (быстро камера + макро-объектив) описаны здесь является перспективным инструментом для изучения быстрая динамика процессов. В центре внимания здесь была о влиянии неньютоновских жидкостей, но исследования многих других научно-исследовательских тем, таких как жидкой капли распада 19,20, гранулированных струй 21, и жидкого слияния 22 капель, выгоды от подобной техники. Такой экспериментальный подход позволяет микромасштабных явлений изображений и в то же время получить понимание сопроводительных динамики в масштабе микросекунд, режима, который является сложной задачей для традиционных методов обработки изображений.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего раскрывать.

Acknowledgments

Благодаря Венди Чжан, Luuk Любберсом, Марк Мискин и Мишель Дрисколл за многочисленные полезные обсуждения и Qiti Го о помощи с подготовкой экспериментальных образцов. Эта работа была поддержана программой MRSEC Национального научного фонда по гранту № 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Chiechi, R. C., Weiss, E. A., Dickey, M. D., Whitsides, G. M. Eutectic Gallium-Indium (EGaIn): A moldable Liquid Metal for Electrical Characterization of Self-Assembled Monolayers. Angew. Chem. Int. Ed. 47, 142 (2008).
  2. Fukumoto, M., Huang, Y. Flattening Mechanism in Thermal Sprayed Ni Particles Impinging on Flat Substrate Surface. J. Thermal Spray Tech. 8, (1999).
  3. Seerden, K. A., Reis, N., Evans, J. R., Grant, P. S., Halloran, J. W., Derby, B. Ink-Jet Printing of Wax-Based Alumina Suspensions. J. Am. Ceram. Soc. 84, 2514 (2004).
  4. Derby, B. Inkjet printing ceramics: From drops to solid. J. Eur. Ceram. Soc. 31, 2543 (2011).
  5. Xu, L., Zhang, W. W., Nagel, S. R. Drop Splashing on a Dry Smooth Surface. Phys. Rev. Lett. 94, (2005).
  6. Clanet, C., Beguin, C., Richard, D., Quere, D. Maximal deformation of an impacting drop. J. Fluid. Mech. 517, 199 (2004).
  7. Yarin, A. L. Drop Impact Dynamics: Splashing Spreading, Receding, Bouncing. Annu. Rev. Fluid Mech. 38, 159 (2006).
  8. Chandra, S., Avedisian, C. T. On the collision of a droplet with a solid surface. Proc. R. Soc. Lond. A. 432, 13-41 (1991).
  9. Versluis, M. High-speed imaging in fluids. Exp. Fluids. 54, 1458 (2013).
  10. Thoraval, M. -J., Takehara, K., Etoh, T. G., Thoroddsen, S. T. Drop impact entrapment of bubble rings. J. Fluid Mech. 724, 234-258 (2013).
  11. Thoroddsen, S. T., Takehara, K., Etoh, T. G. Micro-splashing by drop impacts. J. Fluid Mech. 706, 560-570 (2012).
  12. Thoroddsen, S. T., Etoh, T. G., Takehara, K. High-speed imaging of drops and bubble. Ann. Rev. Fluid Mech. 40, 257-285 (2008).
  13. Driscoll, M., Stevens, C. S., Nagel, S. R. Thin film formation during splashing of viscous liquids. Phys. Rev. E. 82, (2010).
  14. Pregent, S., Adams, S., Butler, M. F., Waigh, T. A. The impact and deformation of a viscoelastic drop at the air-liquid interface. J. Non-Newtonian Fluid Mech. 166, 831 (2011).
  15. Xu, Q., Brown, E., Jaeger, H. M. Impact dynamics of oxidized liquid metal drops. Phys. Rev. E. 87, (2013).
  16. Peters, I. R., Xu, Q., Jaeger, H. M. Splashing onset in dense suspension droplets. Phys. Rev. Lett. 111, (2013).
  17. Luu, L., Forterre, Y. Drop impact of yield-stress fluids. J. Fluid Mech. 632, 301 (2009).
  18. Xu, Q., Oudalov, N., Guo, Q., Jaeger, H., Brown, E. Effect of oxidation on the mechanical properties of liquid gallium and eutectic gallium-indium. Phys. Fluids. 24, (2012).
  19. Turitsyn, K. S., Lai, L., Zhang, W. W. Asymmetric Disconnection of an Underwater Air Bubble: Persistent Neck Vibrations Evolve into a smooth Contact. Phys. Rev. Lett. 103, (2009).
  20. Miskin, M. Z., Jaeger, H. M. Droplet Formation and Scaling in Dense Suspensions. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109, 4389-4394 (2012).
  21. Royer, J. R., et al. Birth and growth of a granular jet. Phys. Rev. E. 78, (2008).
  22. Paulsen, J. D., Burton, J. C., Nagel, S. R. Viscous to Inertial Crossover in Liquid Drop Coalescence. Phys. Rev. Lett. 106, (2011).

Tags

Физика выпуск 85 механики жидкости быстро камера плотная подвеска жидкий металл падение влияния брызг
Быстрый метод визуализации по изучению падения Impact Динамика неньютоновских жидкостей
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Xu, Q., Peters, I., Wilken, S.,More

Xu, Q., Peters, I., Wilken, S., Brown, E., Jaeger, H. Fast Imaging Technique to Study Drop Impact Dynamics of Non-Newtonian Fluids. J. Vis. Exp. (85), e51249, doi:10.3791/51249 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter