Moleküler hidrodinamik süreçlerinde yoğun gaz ve sıvı için Analog bir makroskopik yüntem

Özet

Moleküler hidrodinamik oluşum yoğun sıvılar içinde çalışmak için deneysel olarak erişilebilir bir analog yöntem sunulmaktadır. Teknik partikül imaj velosimetri sıkıştırılmış, yüksek-restitüsyon tahıl kazık kullanır ve doğrudan, makroskopik gözlem dinamik süreçlerin bilinen ve güçlü etkileşim, yüksek yoğunluk gaz ve sıvı var tahmin sağlar.

Özet

Moleküler ölçekli hidrodinamik süreçlerinde yoğun gaz ve sıvı çalışmak için bir analog, makroskopik yöntemi açıklanmıştır. Ölçmek için bir standart sıvı dinamik tanı, partikül imaj velosimetri (PIV), teknik geçerlidir: i) hızları bireysel parçacıkların (tahıl), kısa, tahıl-çakışmasıyla kaybolmamış zaman ölçekler, II) sistemleri hem kısa parçacıkların hızları çarpışma-zaman - ve uzun, sürekli akışı zaman ölçekleri III) yoğun moleküler sıvıları ve IV bulunduğunun bilinmesi toplu hidrodinamik modları) kısa ve uzun-zamanlı-ölçekli hızı otokorelasyon işlevler, parçacık ölçekli dinamiklerini anlamak için merkezi güçlü etkileşim, yoğun sıvı sistemleri. Temel sistem bir görüntüleme sistemi, ışık kaynağı, titreşim sensörleri, bilinen bir ortam ve PIV ve analiz yazılımı ile titreşim sistemi oluşmaktadır. Gerekli deneysel ölçümler ve zaman ölçeği moleküler hidrodinamik süreçleri çalışmaya analog tekniği kullanarak gerekli teorik araçlar bir taslağını vurgulanır. Önerilen tekniği fotonik nispeten kolay bir alternatif sağlar ve nötron saçılma yöntemleri geleneksel olarak moleküler hidrodinamik çalışmalarda kullanılan ışınla.

Giriş

Moleküler hidrodinamik dinamikleri ve bireysel moleküllerin istatistiksel mekanik ve koleksiyonları içinde sıvı moleküllerinin çalışmaları. Moleküler hidrodinamik sistemleri^1,2, ışık saçılma^1,2,3, moleküler dinamik simülasyon^{4eğitimi için geliştirilen birçok deneysel teknik arasında 5,6,7} ve daha az bir ölçüde, esnek olmayan nötron saçılma⁸ en yaygın olarak kullanılmıştır. Ne yazık ki, önemli kısıtlamalar için ikinci iki teknik iliştirin. Moleküler dinamiği (MD) simülasyonları, örneğin: i) olan sınırlı küçük kayma ve temporal görece az sayıda molekülleri içeren etki alanları , II) kullanılmasını gerektiren yaklaşık arası parçacık potansiyelleri III) genellikle periyodik tanıtmak sınır koşulları, denge toplu akış koşulları ve IV altında geçersiz) şu anda, nasıl moleküler ölçekli dinamikleri, tek molekülleri ya da moleküllerin koleksiyonları içeren temel soruya cevap veremez etkilenen ve çift toplu olarak, denge sıvı akış geri döndü. Nötron saçılma ile ilişkili ana sınırlama nötron ışın kaynaklarının mevcut sınırlı sayıda erişim zorluğu bağlıdır.

Bu makalede sunulan analog deneysel tekniği için bağlam sağlamak için basit yoğun gaz ve sıvı-devlet sıvılar için uygulanan ışık saçılım teknikleri vurgulayın. Bir tipik ışık saçılması deneyi polarize lazer ışık ışını sabit sıvı örnek içeren bir küçük sorgulama birime yönlendirilir. Örnek içinde molekülleri saçılan ışık sonra olay ışın göre sabit bir açıyla algılanır. Bağlı olarak moleküler dinamik rejimi ilgi, algılama ve dağınık ışık sinyali analizini içerir ışık filtreleme veya ışık algılama yöntemleri karıştırma. Berne ve Pecora¹tarafından belirtildiği gibi filtreleme teknikleri, hangi zamanında sıvı devlet moleküler dinamiği yoklama daha kısa ölçekler s, sonrası saçılmasını Girişmölçeri veya kırınım ızgara tanıtmak ve spektral yoğunluğu tarama izin dağınık ışık. Optik yavaş zaman ölçekli dynamics için kullanılan teknikler, karıştırma s, buna karşılık, dağınık sinyal spektral içeriğini ölçülen dağınık ışıktan çıkarılan bir sonrası saçılmasını autocorrelator veya spektrum analizörü, dahil yoğunluk.

Genel olarak, lazer probları, en az bu spektrum görünür aralığında işletim devlet dışı sıvı molekülleri arasındaki karakteristik aralığı daha uzun dalga boyları var. Bu şartlar altında sonda ışın heyecanlandıran beş toplu, yavaş zaman ölçeği, uzun dalga boyu hidrodinamik modları^2,9,10 (karakteristik çarpışma Frekansa göre yavaş): iki viscously sönümlü, ses dalgaları, iki edilişi, tamamen diffusive vorticity modu ve bir tek diffusive termal (entropi) modu karşı yayılıyor. Kıvırma modları enine yönde heyecanlı iken ses modları olay ışın (boyuna) yönünde heyecanlı mısın.

Teknikleri, kalp denge ve denge moleküler, istatistiksel mekaniği yalan iki temel soru saçılma tamamen deneysel dikkate alınarak sıvı-devlet sistemleri, ışık ve nötron saçılma ölçüleri dışında kalır:
1) klasik Newtonian dynamics veya kuantum dinamiği, tabi bireysel sıvı-devlet moleküller rasgele, çarpışma - ve alt-collision-zaman-ölçek dinamiği içinde değişiklik titiz bağımsız değişkenleri^9,11 gösteri genelleştirilmiş Langevin denklemler (k) şeklinde. K'ın, sırayla, bir merkezi teorik araç denge istatistiksel mekanik yoğun gaz ve sıvı olarak insan oluşturmaktadır. Ne yazık ki, bireysel (makromoleküllerin olmayan) molekülleri dinamikleri de saçılma tekniği ile çözümlenemeyen beri şu anda k'ın geçerliliğini sınamak için doğrudan yolu yoktur, MD simülasyonları, ötesinde.
2) makroskopik sürekliliği akışkan dinamiği kalbinde yatan temel bir hipotez de microscale moleküler hidrodinamik, manzara arz ediyor bu üzerinde uzunluğu - ve zaman-ölçekler büyük molekül çapları ve çarpışma kez, ama küçük süreklilik göre göreli uzunluk ve zaman ölçekler, yerel termodinamik denge (LTE) hakim. Sürekli akış ve ısı transferi modelleri, Navier-Stokes (NS) denklemler gibi LTE gerekli⁹ özünde denge, süreklilik ölçekli akışı ve enerji taşıma özellikleri çift için varsayılır — hangi tarihlerde viskoz kesme vurguluyor ve Termal iletken — kesinlikle denge termodinamik özellikleri, sıcaklık ve iç enerji gibi. Aynı şekilde, bu microscale momentum ve enerji taşıma özünde denge süreçler, birleştiğinde, microscale kitle, görünümünü yansıtan iken bu microscale süreçlerin momentum ve enerji akımları, modelleri varsayalım akımları LTE⁹küçük tedirginlikler temsil eder. Yine, bizim bilgi en iyi şekilde, LTE varsayım doğrudan hiçbir deneysel test edilmiştir. Özellikle, görünen o ki hiçbir moleküler hidrodinamik saçılma deneyler yoğun, hareketli, denge sıvı akışı içinde çalıştı.

Bu yazıda, biz hangi makroskopik, tek parçacık ve toplu parçacık dinamiği sıkıştırılmış tahıl kazık, standart parçacık görüntüleme velosimetri (PIV), kullanarak ölçülen dolaylı olarak tahmin etmek için kullanılabilir bir analog deneysel teknik anahat, yorumlamak ve tek ve çoklu molecule hidrodinamik yoğun gaz ve sıvı bulaşmasına neden. Önerilen tekniği etkinleştirmek fiziksel ve teorik öğeleri bizim grup¹²tarafından yayınlanan son kağıt belirtilmiştir. Deneysel, makroskopik sistem sergilemek gerekir: (zayıf) sigara denge dalgalanmaları taklit yerel, macroscale istatistiksel mekanik denge ve (ii) küçük, doğrusal hareketle denge doğru sürekli (i) bir eğilim içinde gözlenen Moleküler hidrodinamik sistemleri. Teorik olarak: (i) klasik microscale modelleri, denge ve zayıf-sigara-denge istatistiksel mekaniği yoğun açıklayan etkileşen N-parçacık sistemleri macroscale formunda değişiklik gerekir ve güvenilir bir şekilde elde edilen (II macroscale modelleri gerekir Tek ve birden çok parçacık dinamiği, kısa, parçacık-çarpışma-zaman-ölçekler uzun, Sürenim-akış-zaman-ölçekler için tahmin.

Burada, detaylı bir deneysel protokol yanı sıra yeni tekniği ile elde edilen temsilcisi sonuçlar mevcut. MD simülasyonları ve ışık ve nötron saçılma yöntemleri aksine yeni tekniği, ilk kez, akan, güçlü denge, yoğun gaz ve sıvı içinde moleküler hidrodinamik işlemlerin ayrıntılı bir çalışma sağlar.

Protokol

1. Sıkıştırma silkicileri sistem hazırlanması

1. Titreşimli sistemi şekil 1' de gösterildiği gibi ayarlayın. Bu sistem nerede ikinci işlem titreşimler oluşturur bir tek hız için (1740 rpm), dengesiz motor, ekli (sahip bir dış çapı 600 mm), bir annüler poliüretan kase oluşur. Bu ağırlıklı bir baz ve sekiz yaylar (kase ve ağırlıklı taban tek parça monte satın alınan) bir grup tarafından ayrılmış. Kase derleme onun standına takın ve iki sağlanan kauçuk kanca ile güvenli. Peristaltik pompa bir tablo yakınındaki kase yerleştirin ve yağlama giriş noktası bovling oynamaya pompa çıkış hortumu takın.
   1. Triaksial bir accelerometer kaydedilen kase titreşimler düşük genlik koşullar altında Anüler kase iç yarıçap ekleyin ve accelerometer sensör sinyal kremi tel. Sinyal kremi titreşimli sistemi masaya yerleştirin. Accelerometer/sinyal kremi kasanın veri edinme donanım/yazılım yüklü bir standart tarafından denetlenir.
2. Seçilen ortam su yıkama ve kuru izin hazırlayın. Çeşitli medya çeşitli deneyler sırasında kullanılmıştır. Bu kağıt için bir seramik düz üçgen (10 mm x 10 mm x 10 mm kalınlığında ve açık haliyle 10 mm üçgen) kesme medya parlatma kullanın.
   1. İlk boş bir plastik torba bir laboratuvar ölçekte yerleştirerek ve ölçek taring yoğunluğu ambalaj medya belirlemek. Plastik torba doldurmak seçilen ortamla (değil 18.927 L (5 gal) aşan ve medya (g veya kg) ağırlık kaydetmek için. Bu tür medya ve geçerli deneysel kurmak için 22.68 kg (50 lb) ağırlığı idi.
      1. Kova büyük bir lavaboda veya binadan uzak diğer ekipman dışında yerleştirin. Kovayı doldurun (Bu kurmak, bir 18.927 L (5 gal) kova kullanılmıştır) tam işareti ve yavaş yavaş su ile kova içine plastik çuval medya tam indir. Bir kez medya çuvalı tamamen sular altında yavaş yavaş su sıçramasına önlemek ve çuval bir kenara koyun çantasından yükseltmek. 1000 mL mezun silindir eklenen su miktarı kayıt özgün tam damgasını, kova doldurmak için kullanın. Bu eklenen su miktarı olacaktır nerede için (Bu kurmak 13.750 mL su kova geri eklendi) medya hacmi ambalaj malzemesi. Eklenen su miktarı kullanılan ortam türüne bağlı olacaktır.
      2. Medyanın paketleme yoğunluğu aşağıdaki denklemle Hesapla:
         
         nerede medya paketleme yoğunluğu ve medya kütlesi (Bu ortam için yoğunluk 1649 olmak hesaplanmıştır ).
   2. Titreşimli sistemi (1) duvara takın veya 2) çalıştırmak stand bağlı zamanlayıcı ile iki seçenek, bu model vardır) elektrik prizine takarak etkinleştirin. Veri toplama yazılımı bilgisayarda program yazılı kullanıcı "Başlat" ok tuşlarına basarak etkinleştirmek ve veri toplamak için 1 dakika. İvme veri hem acil incelemesi (hem zaman hem frekans etki) için görüntülenen ve otomatik olarak potansiyel Post-işleme için bir .csv dosyasına kaydedilir. Titreşimli sistemi devre dışı bırakmak için birim elektrik prizinden çıkarın.
   3. Medya titreşimli kaseye ekleyin.
   4. 3880 mL su ve 120 mL bitirme bileşik (FC) (% 3 cilt) çözeltisi oluşan bileşik hazırlayın. Peristaltik pompa 1.9 L/h (döndürme hızlı arama için bu akış hızı elde-27) için küme, ancak akışını başlatmak değil. Bu çözüm değil recirculated ama ıslak ortam tutmak yeterli sağlayacaktır. (Bu bir sık kullanılan Sıkıştırma silkicileri bitirme çözüm çözümdür). Çözüm bir yağlama Aracısı görevi yapar ve medya birlikte hareket etmez ya da işlem sırasında giymek sağlar.
   5. Titreşimli sistem elektrik prizine takarak etkinleştirin. 1.2.2. adımda belirtilen ivme verileri toplayın. Titreşimli sistemi devre dışı bırakmak için birim elektrik prizinden çıkarın.

2. yüksek hızlı görüntüleme

Not: tahıl hızı alanı ölçümleri için elde edilen yüzey akan tahıl yığının görüntüleme alanını bir bölümünü görüntüleme tarafından adım 2.2.4 aşağıda belirlenen görüş alanı (FOV) karşılık gelir. Ölçüm zaman değişen, bireysel tahıl hızları (yığın yüzeyde) elde edilebilir küçük, sabit bir alt alanı seçerek , içinde nerede, aşağıda açıklandığı gibi öngörülen bireysel bir tahıl sırasına alanıdır.

1. Bir yüksek hızlı kamera ayarla (1504 x 1128 kararlılık ilâ 1,000 çerçevelemek-de ikinci (fps) have) esir alma imge tripodun üzerine yerleştirerek veya (kase titreşim olduğunda Sıkıştırma silkicileri sistem açık yüzeye dikey lens ile katı bir çerçeve oluşturmak için ting) şekil 1' de görüldüğü gibi. Bu rijit çerçeve titreşim sistemden ayrı ve titreşimler sistemi görüntüleme etkilemez sağlar.
   1. İstenilen yüzey entegrasyon alanı ve çözünürlük için uygun lens takın. Geçerli kurulum için bir 18-250 mm zoom lens ve 1:3.6 - 6.3 objektif oranında kullanın.  Güç kaynağı ve GPS anteni için kamera takmak.  Kamera bir CAT5 kablo kullanarak bilgisayara takın.  Medya yüzeyi yukarıda yaklaşık 550 mm objektif sonudur kamera yerleştirin.
      Not: fotoğraf makinesi yerleştirerek yakın medya artan kenar efektleri neden olur ve kamera çok uzakta yerleştirerek görüntüleri işlemek için çok karanlık olmak neden olur. Belirtilen uzaklıkta, kenar efektleri ve test alanının genel eğriliği nedeniyle hataları olduğunu < % 2.
   2. Lens kapağı çıkarın ve kamera yazılımını başlatın. Başladığında, "Fotoğraf makinesi" düğmesini tıklatın ve Tamam'ı tıklatın. Kamera listesini doldurur, kamera seçin ve Aç'ı tıklatın.
   3. "Live" sekmesi altındaki bilgisayarda kamera yazılımı fotoğraf makinesinin FOV görüntülemek için "Live" düğmesini (mavi ok) tıklatın. Bölge yansıması için aydınlatmak için ışık kaynağı açın. Bu test alanı eşit olarak aydınlatır sürece bu parlak bir ışık olabilir. Şekil 1 kamera ve titreşimli sistemi ile ilgili hafif yapılandırma gösterir.
   4. F-noktası belirlemek için bilgisayar ekranında canlı akışı ile kameradan bakmak ve f-stop en az ayarına (maksimum parlaklık) için ayarlayın. F-noktası ayarlanmışsa, sonuç alan sığ derinliği düşüktür. F-noktası yüksek ayarlarsanız, çok karanlık bir ekrandır. Bu deneme için f-noktası 3.6 için ayarlandı.
   5. İstenen FOV (Bu durumda 210 x 160 mm) sağlamak için lens odak uzaklığı ayarlayın. Bu deneme için medya yüzey yukarıda 550 mm ayarlayın kamera ile 180 mm odak uzaklığı ayarlayın. Şekil 2a FOV kamera üzerinden gösterir.
   6. Dijital kamera yazılımı kullanarak 500 X büyütme için yakınlaştırın. En iyi optik odaklama lens odak halkasını ayarlayın. Dijital zoom (Normal görünüm) % 100 geri.
   7. Bilgisayarda alma ayarları ' nın altında "Oranı [Hz]" tıklayın ve 500 kare / saniye için ayarlayın.
      Not: tahıl çarpışma zaman ölçekli dinamikleri, gidermek için sırayla , en az bir büyüklük empoze titreşim frekansı büyük olması gerekir (burada, Hz)
   8. Görüntüleri çekim işleminden önce çizgili bir ölçek görüş alanı içinde yer; Bu sonraki görüntü veri işleme için bir uzunluk ölçek sağlar. Kamera yazılımı satın alma ayarları altında "Live" altında "Kayıt" sekmesini seçin. "Kayıt modu" "Genelge" ve Set kare 1'e ayarlayın. Kırmızı daire içinde şekil 2bgörüldüğü gibi tek bir görüntü kaydetmek için "Live" sekmesi altında'ı tıklatın.
   9. "Dosya" tıklayarak elde görüntüsü bir kullanışlı dosya dizin konumunu (örneğin harici sabit disk) TIFF dosyası olarak kaydedin ve sonra "Satın almalar Kaydet"'i tıklatın. Bir iletişim kutusu ile birden çok seçenek görüntülenir. İletişim kutusunda dosya türü'nün yanında, .tiff aþaðý açýlan menüsünden seçin.
      1. İletişim kutusunun altındaki "Yükleme seçenekleri" sekmesini seçin ve "Gözat" ı tıklatın. İletişim kutusunun üst kısmında, test için klasör adı ekleyin. "Gözat" iletişim kutusunda, aramak ve istediğiniz yere (örneğin harici sabit disk) ve uygun klasörü seçin. Seçili klasörü sonra "Tamam" sonra "Kaydet" tıklayın. Download Yöneticisi kutu-ecek gözükmek. Dosya aktarmak ve alt klasöründe 001 belirlenen dosya konumunda kaydedilmesi başlayacak. Görüntü aktarmıştır kez "Bitmiş" bir durum kutu-ecek gözükmek üstünde belgili tanımlık perde.
      2. Resim kameradan kırmızı Sil düğmesini tıklatarak silin.
         Not: Protokol burada duraklatılmış.

3. toplama veri

Not: protokol duraklatılmışsa, kamera yeniden başlatılması gerekir. Adım 3.1 izleyin. İletişim kuralı duraklatılmış değil Eğer 3.1.2 adıma atlayın.

1. Kamera yazılımını başlatın ve adım 2 belirtildiği gibi aydınlatma açmak.
   1. Aktif kamera yazılım ile ışık koşullarını kontrol edip canlı 2.2.2. adımda açıklandığı gibi çalıştırın. uygun odak sağlamak için.
   2. Bir toplam deneysel çalışma süresi seçin,
      Not: İki rakip gereksinimlerin karşılanması gerekir: i) istatistiksel olarak sabit tahıl akış koşulları içinde ayarla yeterince uzun olmalıdır ve II) gereksiz veri büyük miktarda üretmek için çok uzun olmamalıdır. Sabit koşulları görüntülendiği zaman ölçeği deneme yanılma ile belirlenmelidir. Çeşitli yöntemleri, değişen rigor, kullanılabilir. Fiilen, i) saat ortalama tahıl hız sabit bir noktada veya birden çok sabit noktalarda sözde sabit bir büyüklük ya da büyüklükleri ulaştığından emin olmak veya emin olmak II) sabit anlamına gelir ek olarak, karşılık gelen farklarını da sözde sabit kabul, büyüklükleri. Bu deneme için 10,12 için toplanan verileri s, 5060 çerçeveler edinimi için karşılık gelen. Sürekli tahıl akışı koşullar yaklaşık 1 sonra s.
2. Titreşimli kase etkinleştirin.
   1. Bitirme/yağlama bileşik (Adım 1.2.4) medya ilk ıslatma sağlamak için eşit kase çevresinde 150 mL yaymak; ve sonra kalan sürahi bileşik yere Peristaltik pompa bağlı bir hortum ile yer. (Adım 1.2.4 alanında belirlenen) Peristaltik pompa geçiş "off" "için saat yönünde" saygısız tarafından aktif hale getirin.
   2. Bir prize takarak titreşimli kase açmak ve en az bile ıslatma emin olmak için bir dakika bekleyin ve sabit medya boyunca sıvı hareket (oluşur sabit sıvı hareket kase Peristaltik pompa giren sıvı akışını olduğunda yaklaşık kase drenaj drenaj sıvı akışını eşit.
3. Video ve toplama verileri yakalanıyor.
   1. Sıvı sürekli hareket (Adım 3.2.2) ulaştıktan sonra bilgisayar ekranında kırmızı kayıt simgesi tıklayarak kamera tetiklemek ve seçilmiş süresi, süre için kayıt resimlere kırmızı tetikleyici onay işareti'ı tıklatın . Kamera görüntüleri için belirtilen kayıt olacak ve bu resimler onun dahili hafızaya Kaydet. Şekil 2a çıkmak 5060 görüntüleri alınan bir dizi tek bir görüntünün bir örnektir.
   2. Bir kez veri toplanır, elektrik prizinden çıkararak titreşimli sistemi kapat ve "saat yönünde" "kapalı olarak" anahtarından saygısız Peristaltik pompa devre dışı bırakın.
      Not: Protokol burada duraklatılmış.

4. işlem Video verilerinin PIV ile

1. Yüksek hızlı kamera görüntülerini PIV işleme için hazır olun.
   1. 2.1.9. adımda açıklanan prosedürleri aşağıdaki TIFF dosyaları olarak alınan görüntüleri kaydetmek. (Mevcut sistemde 5060 görüntü kareleri aktarmak için bir saatten fazla 10.12 s alır toplanan). Görüntüler aktarıldıktan sonra "Done" durumu kutu-ecek gözükmek üstünde belgili tanımlık perde. Dosyalar aynı kaydedilir kalibrasyon dosyası 002 tanımlanan bir alt klasör olarak dizin. Görüntüleri fotoğraf makinesinden silin.
   2. Renkli görüntüler PIV yazılımların işlemeyi etkinleştirmek için gri tonlamalı görüntüleri dönüştürün. Resim veri analiz yazılımı bir "imread()" işlevini kullanarak yüklemek. "Rgb2gray()" fonksiyonunu kullanarak görüntüleri bir kopyasını dönüştürmek ve kaydetme/bu yeni fotoğraf "imwrite()" işlevi kullanılarak yeni bir klasöre yazma.
      Not: Bu işlem/veri analiz fonksiyonu birden çok türde veri analiz yazılımı için mevcuttur ve tam bir program araştırmacı tarafından yazılmıştır. Şekil 2 c örneğidir içinde Yakınlaştırılmış görüntüyü gri tonlamaya dönüştürülür ve oldu sonra PIV tarafından işlenen.
2. Hız alanlarını hesaplamak için PIV yazılımını kullanın.
   1. Gri tonlamalı görüntüler kümesini tek kare görüntü olarak PIV yazılım ortamı almak için Alma Sihirbazı'nı kullanın. "Dosya" tıklayarak alma başlamak ve o zaman seçme "Al" ve "Resimleri al".  Görüntü Alma Sihirbazı iletişim kutusu görüntülenir.  "Tek kare" içe aktarma seçeneği menüden seçin ve "Resim Ekle" düğmesini tıklatın.  Kalibrasyon resmi seçin ve "Aç", bu "Görüntü için al" iletişim liste kutusu için görüntü ekler'ı tıklatın.  Listenin üst görüntüdür görüntüleri içe aktarırken, kalibrasyon görüntü (Adım 2.1.9) ilk olarak ekleyin.  "Resim Ekle" düğmesini yeniden tıklatın ve tüm veri yansımaları vurgulayın ve "Açık" onları "Görüntüleri için al" iletişim kutusuna eklemek için tıklatın.  İstediğiniz görüntüleri seçildikten sonra "İleri" yi tıklatın. Kullanılan kamera ayarları giriş, kare oranı ve piksel aralığı iletişim kutularının içinde bulunur. "İleri" ve "alma işlemini tamamlamak için Finish"'ı tıklatın.
   2. Kalibrasyon görüntü görüntü kümesi ve giriş uzunluğu ölçek parametreleri ayrı PIV yazılım.
      1. İçerik listesinde zaten görüntülenmiyorsa, içe aktarılan görüntü ayarla'yı sağ tıklatın ve ekranın sol tarafındaki "içerik listesinde göster" veri tabanı ağacında seçin. Kalibrasyon görüntü ilk içe aktarılan görüntü olduğunu varsayarsak, listedeki ikinci görüntü sağ tıklayın ve "Bölünmüş Ensemble üzerinden burada" seçin. Sürükleyin ve yeni oluşturulan görüntü (sadece kalibrasyon görüntüyü içeren) ayarla "Yeni bir ayar" etiketli ekranın sol konuma bırakın.
      2. Yeni kalibrasyon görüntü kümesi sağ tıklatın ve "Ölçü ölçek faktörü" seçin. Kalibrasyon görüntü ekranda göründüğünde, "A" ve "B" işaretleri içinde görüntüde pozisyon cetveli (veya cetvel kullanılmasa boyutu biliyorum diğer nesne) ve "Mutlak mesafe" metin kutusuna işaretleri arasındaki mesafe girdi. Kalibrasyon ayarı kaydetmek ve iletişim kutusunu kapatıp kalibrasyon görüntü "Ölçü ölçek faktörü" iletişim kutusundaki "Tamam" düğmesini tıklatın.
   3. İçe aktarılan görüntü kümesi seçerek bir dizi görüntü çiftleri oluşturun ve "Analiz"'ı tıklatın. Sonraki "Çift çerçeve yapmak" kullanılabilir analiz yöntemleri listeden seçin. "(1-2, 2-3, 3-4,... seçin (N-1) çift resimleri) "stil seçeneği.
      1. Görüntü küme (kalibrasyon görüntüsü dışında) herhangi bir görüntü açın ve görüntü üzerinde sağ tıklayın ve "Parçacık yoğunluğu" seçin. Bir iletişim kutusu gösteren parçacıklar-ecek gözükmek üstünde belgili tanımlık perde tanıdı. Görünümünde bir sonda alanı bir Yakınlaştırılmış gösterecektir. Bu iletişim kutusundaki ayarlar sekmesini tıklatın ve en az 3 parçacıkların sürekli olarak görülen kadar sonda alanında "Sonda boyutu alanında" değiştirmek.  Bu sonda alanı boyutu 4.2.5 adımda girilen sorgu alanı boyutu olacak.
   4. Seçili görüntü işleme algoritması ve ilişkili parametreleri PIV seçmek için ayarla "Analiz" komutunu kullanın. "Adaptive korelasyon" yöntemini seçin ve adım 4.2.5 uzayda bir vektör tanımlamak için kullanılan piksel alanını tanımlamak. (Bu işlem görüntüleri n × n piksel "Sorgu alanları" bir kılavuza bölen)
   5. Sorgu alanı boyutu "Sorgu alanları" sekmesini bulup (Bu yöntem, 32 piksel x 32 piksel kullanılan için) herhangi bir kullanılabilir sorgu alan boyutları 8 piksel en az ve en fazla 256 piksel arasında seçtikten ayarlayın. 4.2.3.1. adımda belirlenen değer girin.
      1. Oluşturulan vektörel çizimler yoğunluğunu artırmak için % 0, % 25, % 50 veya % 75 örtüşme aþaðý açýlan menüsünden seçerek sorguya alan "Üst üste" yüzde ekleyin.
   6. Ölçülen tahıl hızı alanı için "Tamam" "Adaptive korelasyon" iletişim kutusunda seçerek önde gelen çözümlemesi gerçekleştirin. Sistem analiz başlar.  Sistem verileri işlerken, ilk vektör harita ekranda görünür. Onlar tatmin edici tahmini hız ve Şekil 2 cgörüldüğü gibi yön görüneceği yeri belirlemek için ilk birkaç hız alanı inceleyin. Hız alan gerçekçi görünmüyor analysis oturumu iptal tekrarlayın adım 4.2.4 ve çözümleme ayarlarını değiştirmek. (Analiz tamamlandığında FOV kapsayan bir vektör alanı için (Adım 4.2.3) kümesindeki her görüntü çifti oluşturulur). Şekil 2 c bir gri tonlamalı görüntü üzerinde overlaid çözümleme işlemi sırasında bir örnek tatmin edici vektör alanı gösterir.
      Not: her n × n piksel sorgu alanı için karşılık gelen desen sonraki görüntü yakalanan karşı sorgu alanı içinde parlak noktalar alt grain ölçekli desen PIV yazılım karşılaştırır. Bu karşılaştırma, PIV yazılım bir deplasman alan ortalama vektörü belirler ve son olarak, bölen tarafından çerçeveler, arasındaki zaman aralığı tarafından , alan-ortalama hız, nerede anlamına gelir Sorgu alan . Geçerli deneylerde her sorgu alan n x n oluşuyordu = 32 x 32 piksel; sorgu alanları her 210 x 160 mm FOV ayırmaktan toplam sayısı böylece 47 x 35, 1504 x 1128 piksele karşılık gelen oldu.

5. işlem titreşim veri

Not: farklı bilgisayar sistemleri veya analiz yazılımı kullanılıyorsa adım 5 aynı anda adım 4 ile yapılabilir.

1. Açık veri analizi yazılım ve ivme getirmek için "load()" işlevini kullanarak boş titreşimli kase yaşındayken alınmış verileri (Adım 1.2.2). "Fft()" işlevini kullanarak veri hızlı fourier dönüşümü. "Komplo" işlevini kullanarak veri bir şekil oluşturun. Titreşimli kase medya (Adım 1.2.5) varken alınan verileri ile yineleyin.
   Not: Bu işlem/veri analiz fonksiyonu birden çok türde veri analiz yazılımı için mevcuttur ve tam bir program araştırmacı tarafından yazılmıştır.
   1. Moleküler hidrodinamik işlemler çalışma için birçok veri işleme işlemi genellikle gereklidir. Ana işlem yordamlar ana hatları için aşağıdaki temsilcisi sonuçları ve tartışma bölümlere bakın; Keanini, görmek ve ark. (2017) ¹² nasıl ölçülen PIV veri hakkında ayrıntılı bilgi için moleküler hidrodinamik sistemleri dinamik bilgi ayıklamak için kullanılabilir.

Sonuçlar

Temsilcisi sonuçlarını sunan, biz sürekli-zaman-ölçek işlemleri bu gözlenen ve tahmini olarak zaman-ölçekler üzerinde bakın bu kadar karakteristik tahıl çarpışma zaman ölçeği göre çoğu ve parçacık-zaman-ölçek işler bu gözlenen ve zaman-ölçekler üzerinde tahmin

Tartışma

Sıkıştırılmış tahıl yığınları makroskopik analogları moleküler hidrodinamik işlemleri soruşturma için kullanmak için bir deneyci gerekir, bir yandan, öğrenmek ve dört temel ölçü birimlerinin kullanın ve diğer taraftan, denge birkaç temel unsurları master ve denge istatistiksel mekanik. İlk deneysel ölçümler odaklanarak, bu içerir: i) bireysel tahıl dinamiği tek-parçacık hızı otokorelasyon işlevi, zaman ortalama/uzun-zamanlı-ölçekli yüzey tahıl hız ölçümü II) ölçümü ile ölçülmesi alanları, III) ölçüm tahıl medya etkili vi...

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi

Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
Titreşimli Parlatma Kabı	Raytech	AV-75
Akış Ölçer	Peristaltik Pompalar	913 Mity Flex
Scale	Pelouze	4040
Üç Eksenli İvmeölçer	PCB Piezotronik	PCB 356B11	Sensörlü İvmeölçer Sinyal Düzenleyici
Veri Toplama Bilgisayarı	IBM	Thinkpad	ile Kullanılan hız kamerası
Yüksek Hızlı Kamera	Redlake	Motionxtra HG-XR
Zoom Lens	Tamron	Model A18	18-250mm F / 3.5-6.3 & nbsp;
Yüksek Yoğunluklu Işık	ARRI	EB 400/575 D
Bilgi İşlem Bilgisayarı	Dell	Dell Precision Tower 7910
PIV Yazılımı	Dantec Dynamics	Dynamic Studio 2013	sürüm 3.41.38
Veri Toplama Donanımı	National Instruments	SCXI	SCXI-1000 SCXI 1100 Kartı ve SCXI 1303 Adaptör
Veri Toplama Yazılımı	National Instruments	LabVIEW 2012
Veri İşleme Yazılımı	MATHWORKS	MATLAB
Parlatma Ortamı	Rosler	RSG 10/10S	Kullanılan çoklu ortam türleri (karışık, küresel, üçgen)
Parlatma Çözeltisi	Rosler	FC KFL (%3)	Su ile %3 sabun çözeltisi
Çizgili Ölçek	İsviçre Hassas Aletleri	13-911-3
Dereceli Silindir	Global Scientific 601082