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

Bu prosedürün genel amacı, titreşimli tane yığınlarında tek ve kolektif parçacık dinamiklerini ölçen analog bir teknik kullanarak sıvılardaki moleküler ölçekli hidrodinamik süreçleri incelemektir. Bu tekniğin temel avantajı, karmaşık moleküler ölçek dinamiklerini doğrudan gözlemlemek için deneysel olarak erişilebilir ters mikro kabuk sağlamasıdır. Bu teknik, etkileşen parçacık sistemlerinin istatistiksel mekaniğinde güçlü bir şekilde birleştiğinden, bu alandaki temel sorularda deneysel araştırma için bir kapı açar.

Bu teknik, araştırmakta olduğumuz titreşimli tahıl yığınları gibi etkileşen makroskopik parçacık sistemlerinin istatistiksel mekaniğini incelemek için de uygulanabilir. Genel olarak, bu tekniği kullanan bireyler, deney tasarımında deneysel gözlemleri yorumlamak için gerekli olan denge ve denge dışı istatistiksel mekaniğin unsurlarını öğrenmekte zorlanacaklardır. Bu tekniğin görsel gösterimi, normalde mikron ölçekli parçacıkların hareketini santimetre ölçekli taneciklerin hareketine ölçmek için kullanılan parçacık görüntüleme hızını genişlettiği için kritik öneme sahiptir.

Deney bu titreşim sistemini kullanır. Titreşimler oluşturmak için tek hızlı dengesiz bir motora bağlı dairesel bir poliüretan kaseden oluşur. Bunlar ağırlıklı bir tabana tutturulur ve bir grup yay ile ayrılır.

Kase tertibatını lastik kancalarla standına takın. Kasenin içine üç eksenli bir ivmeölçer takın. Bu, titreşim sisteminden uzakta bir masa üzerindeki bir sensör sinyaline bağlanır.

Ardından, deney için seçilen ortamla çalışın. Bu durumda, eşit kenar uzunluklarına sahip bir seramik parlatma ortamı düz kesim üçgen kullanın. Medyayı titreşimli kaseye ekleyin Kasenin yanında, ortamı ıslatmaya hazır bir su ve bitirme bileşiği solüsyonu bulundurun.

Ayrıca, sıvıyı titreşimli haznede hareket ettirmek için bir peristaltik pompa kurun. Pompadan kasenin üstüne plastik bir tüp geçirin. Pompa hızını ayarlayın ancak akışı başlatmayın.

Görüntüleme için yüksek hızlı bir kamera kurun. İstenilen yüzey entegrasyonu ve çözünürlüğü için uygun bir lens seçin. Kamerayı titreşim sisteminden izole edilmiş bir yapı üzerinde destekleyin.

Kamerayı monte ederken, uzunluğu ortamın açık yüzeyine dik ve 550 milimetre üzerinde olmalıdır. Ardından, kamerayı güç kaynağına, bir GPS antenine ve bilgisayara bağlayın. Bilgisayarda, kamera yazılımını başlatın ve kamerayı seçin.

View kameranın görüş alanını yazılımla canlı olarak. Kurulum sırasında, test bölgesini aydınlatmak için herhangi bir parlak ışık kullanın. Seçilen görüş alanı eşit şekilde aydınlatılmalıdır.

Ardından, 500 kat büyütmeye kadar dijital olarak yakınlaştırmak için kamera yazılımını kullanın. Fotoğraf makinesinde lens odak halkasını ayarlayın. Amaç, veri toplama için en iyi optik odağı elde etmektir.

Ardından dijital yakınlaştırmayı büyütme yokluğuna getirin. Kamera çekim hızını ayarlayarak devam edin. Görüntüleri çekmeden önce, görüş alanına çizgili bir ölçek yerleştirin.

Tek bir görüntüsünü kaydetmek için kamerayı kullanın. Görüntüyü kameradan silmeden önce bir TIFF dosyası olarak kaydedin. Kamera hazır olduğunda, titreşimli çanağı başlatmaya hazırlanın.

Kaptan 150 mililitre bitirme bileşiği çözeltisi alın. 150 mililitreyi titreşimli kaseye alın ve ortamın ilk ıslanmasını sağlamak için çözeltiyi eşit şekilde yayın. Ardından, büyük bileşik kabını peristaltik pompanın yanındaki zemine yerleştirin.

Pompayı etkinleştirmeden önce pompadan kaba bir hortum takın. Bu noktada titreşimli çanağı başlatın ve en az bir dakika bekleyin. Akış sabit durumdayken, seçilen çalışma zamanı için görüş alanındaki eylemi kaydetmesi için kamerayı tetikleyin.

Kaydedilen bu kareler bir video haline getirildi. Veriler toplandığında, titreşim sistemini durdurun. Ardından peristaltik pompayı durdurun.

İşleme için, alınan görüntüleri bilgisayarda TIFF dosyaları olarak kaydedin ve gri tonlamaya dönüştürün. Ardından, velosimetri yazılım ortamının parçacık görüntüsünde çalışmaya başlayın. Dosya'ya gidin ve oradan İçe Aktar'a, ardından Görüntüleri İçe Aktar'a gidin.

İçe Aktarma Sihirbazı iletişim kutusunda, Tek Kare'yi ve ardından Görüntü Ekle'yi seçin. Şimdi içe aktarılacak görüntülere eklemek için kalibrasyon görüntüsünü seçin. Görüntü Ekle'yi tekrar tıklayın, ardından içe aktarmak üzere seçmek için tüm veri görüntülerini vurgulayın.

İleri'ye tıklayarak devam edin. Aşağıdaki ekranda, kamera ayarlarını girin, kare hızını ve piksel aralığını ekleyin. Bunlar girildiğinde, İleri'ye ve ardından Son'a tıklayın.

Şimdi içindekiler listesine gidin. Kalibrasyon görüntüsü ilk olmalıdır. İkinci görüntüye sağ tıklayın, iki görüntü seti oluşturmak için Buradan Topluluğu Böl'ü seçin.

Yalnızca kalibrasyon görüntüsünün bulunduğu görüntü kümesini alın ve Yeni Kalibrasyon etiketli konuma bırakın. Ardından, kalibrasyon görüntü setine sağ tıklayın ve Ölçek Faktörünü Ölç'ü seçin. Kalibrasyon görüntüsü ekranda görünecektir.

Görüntüde, A işaretçisini son görüntü cetvelinin üzerine getirin. Ardından B işaretçisini cetvel üzerinde başka bir konuma yerleştirin. Mutlak mesafe metin kutusuna gidin ve cetvele göre işaretçiler arasındaki mesafeyi girin.

Ayarları kaydetmek ve devam etmek için Tamam'a tıklayın. Şimdi kalibrasyon görüntüsü olmadan içe aktarılan görüntü setini seçin. Analiz Et'i tıklamak için gidin.

Çift Çerçeve Yap'ı seçin. Ardından, stil seçeneklerinden görüntü çiftleri oluşturmayı seçin. Sorgulama alanını tanımlamak için, kalibrasyon olmayan herhangi bir görüntüyü açın.

Resme sağ tıklayın ve Parçacık Yoğunluğu'nu seçin. Görünen iletişim kutusunda, bir prob alanının yakınlaştırılmış bir görünümü olacaktır. Ayarlar sekmesine tıklayın ve prob boyutu alanını değiştirmeye başlayın.

Amaç, prob alanında sürekli olarak en az üç partiküle sahip olmaktır. Daha sonra kullanmak üzere prob alanı boyutuna dikkat edin. Analiz'e dönün ve Uyarlamalı Korelasyon yöntemini seçin.

Tamam'a tıklayın. Sorgulama alanı sekmesine gidin ve üzerine tıklayın. Orada, üç veya daha fazla parçacığın tanımlanmasına izin veren önceden belirlenmiş sorgulama alanını seçin. Çözümlemeyi gerçekleştirmek için Uyarlamalı Bağıntı iletişim kutusunda Tamam'ı tıklatın.

Analiz ilerledikçe, ilk birkaç hız alanını görsel olarak inceleyin. Bu, ortamın gri tonlamalı bir görüntüsünün üzerine yerleştirilmiş bir vektör alanı örneğidir. Bu durumda, vektör uzunlukları ve yönleri tutarlı veya makul görünmez.

Sonuçların gerçekçi olduğundan emin olmak için vektör haritalarını üretilirken görsel olarak inceleyin. Sonuçlar tatmin edici değilse, işlemi durdurun ve sorgulama alanı gibi kullanıcı tanımlı girişleri değiştirin, ardından analizi yeniden başlatın. Bu, tatmin edici bir vektör alanı örneğidir.

Yine, gri tonlamalı görüntünün üzerine yerleştirilmiş. Analiz tamamlandığında, setteki her görüntü çifti için görüş alanını kapsayan bir vektör alanı oluşturulacaktır. Parçacık görüntü hız ölçer verileri, sistemdeki bir noktadaki hız dağılımının Maxwell Boltzmann dağılımına uydurulmasını sağlar.

Görüntü, deneyde kullanılan tahıla aittir. Kırmızı çubuk bir santimetreyi temsil eder. Mavi renkli veriler, ölçülen yatay tuhaf tane hızlarının normalleştirilmiş bir histogramını temsil eder.

Birçok parçacık türü üzerindeki veriler, dağılmasız Hamilton dinamiği, hızdan bağımsız parçacıklar arası potansiyel enerjiler ve potansiyel bağımsız kinetik enerjiler ile tutarlıdır. Ayrıca, yerel makroskopik mekanik denge için kanıt sağlarlar. Tek taneler için hız otokorelasyon fonksiyonu, karakteristik tane çarpışma sayısının bir fonksiyonudur, ayrıca hız verilerinden de çıkarılabilir.

Tek tane dinamiği, moleküler sıvılarda ve yoğun gazlarda tahmin edilenleri niteliksel olarak taklit eder. Bu spektrumlar, eşzamanlı kap ivme ölçümlerinde parçacık görüntü hızı ölçümünden belirlenir. Tahıl yığını konteyner sistemindeki rezonans akustik dalgaları, boş konteynerdeki rezonans akustik modlarıyla çakışır.

Yerel tuhaf akışkan hızının spektrumlarındaki akustik modlar, deneyin sınırlamaları nedeniyle belirgin değildir. Bu yöntem, moleküllerin öngörülemeyen sıvı hali dinamiklerinden öngörülebilir, gözlemlenebilir sıvı akışının nasıl ortaya çıktığı gibi sıvıların moleküler hidrodinamiğindeki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bir kez ustalaştıktan sonra, bu prosedürün deneysel kısmı bir saatten daha kısa sürede yapılabilir.

PIV işleme ve veri analizi, veri işleme sistemine bağlı olarak bir saatten birkaç güne kadar sürebilir. Titreşimli tahıl sistemlerinde yapılan gözlemleri moleküler hidrodinamiğe bağlamak için, denge unsurlarının ve denge dışı istatistiksel mekaniğin öğrenilmesi gerektiğini bilmek önemlidir. Bu gelişmeyi takiben, bu teknik, titreşimle çalışan tahıl akışlarının akışkan dinamiği simülasyonlarını deneysel olarak doğrulamak ve tahıl sıvılarındaki denge dışı istatistiksel mekanik tarafından tahmin edilenlere karşı viskoziteleri test etmek için kullanılmıştır.

Bu videoyu izledikten sonra, ilk olarak titreşimli tahıl sistemlerini ölçmek için bir PIV sisteminin nasıl kurulacağı ve ikinci olarak bu ölçümlerin moleküler hidrodinamik sistemleri araştırmak için nasıl kullanılacağı konusunda makul bir anlayışa sahip olmalısınız.