نستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد لتصنيع جزيئات متباينة الخواص في أشكال الرافعات والصلبان والرباعيات والثلاثيات ، والتي يمكن قياس محاذاة ودوران تدفق السوائل المضطرب من صور فيديو متزامنة متعددة.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
أساليب لقياس التوجيه ودوران معدل الجسيمات في الاضطرابات 3D-طباعة
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
وتعرض الطرق التجريبية لقياس الحركة الدورانية ومتعدية من الجسيمات متباين الخواص في تدفقات السوائل مضطربة. يستخدم تكنولوجيا الطباعة 3D لصنع جزيئات مع الأسلحة نحيلة اتصال في مركز مشترك. الأشكال استكشافها هي الصلبان (اثنين من قضبان عمودية)، والرافعات (ثلاثة قضبان عمودية)، الثلاثيات (ثلاثة قضبان في التماثل مستو الثلاثي)، وtetrads (أربعة أذرع في تماثل رباعي السطوح). وصفت وسائل لإنتاج بناء على أمر من 10000 الجسيمات مصبوغ fluorescently. ويتم الحصول على قياسات وقت حل ميولهم ومعدل دوران جسم صلب من أربعة أشرطة الفيديو متزامنة الحركة في تدفق المضطرب بين تتأرجح شبكات مع R λ = 91. في هذا رينولدز انخفاض تدفق نسبيا العدد، والجسيمات advected هي صغيرة بما يكفي أنها تقارب جزيئات التتبع بيضاوي. نقدم نتائج مسارات 3D وقت حل من موقف واتجاه الجزيئاتكذلك قياسات معدلات دورانها.
المقدمة
في منشور صدر مؤخرا، قدمنا استخدام الجزيئات المصنوعة من الأسلحة نحيلة متعددة لقياس الحركة الدورانية من الجسيمات في الاضطرابات 1. يمكن أن تكون ملفقة هذه الجزيئات باستخدام طابعات 3D، وأنه من الممكن لقياس بدقة موقفهم، والتوجه، ومعدل دوران باستخدام كاميرات متعددة. استخدام أدوات من نظرية الجسم نحيلة، فإنه يمكن إثبات أن هذه الجسيمات قد الموافق القطع الناقص فعالة 2، وحركة دوران هذه الجسيمات مماثلة لتلك القطع الناقص فعالة لكل منهما. الجسيمات مع الأسلحة متماثل متساوية الطول تدوير مثل المجالات. واحدة من هذه الجسيمات هو جاك، الذي يضم ثلاثة الأسلحة المتعامدة تعلق في وسطها. يمكن تعديل أطوال النسبية لأحضان جاك تشكيل يع....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
1. تصنيع جسيمات
- استخدام برنامج صياغة بمساعدة الحاسوب 3D لخلق نماذج الجسيمات. تصدير ملف واحد لكل نموذج في تنسيق الملف التي يمكن معالجتها من قبل الطابعة 3D المستخدمة.
- استخدام الأمر الدائرة لرسم دائرة بقطر 0.3 مم. استخدام وظيفة قذف لجعل اسطوانة بطول 3 مم.
- جعل الصليب مع اثنين من اسطوانات متعامد مع مركز مشترك. جعل جاك مع ثلاث اسطوانات متعامدة بعضها البعض مع مركز مشترك. جعل الرباعيات مع أربع اسطوانات تبادل غ....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
ويبين الشكل 3A صورة من الرباعيات من أحد دينا كاميرات فوق قطعة من يولر زوايا تم الحصول عليها من قسم من مساره (الشكل 3C). في الشكل 3B، نتائج خوارزمية لتقصي التوجه، وصفت في بروتوكول 5-5،3، وفرضه على الصورة الرباعيات. أحضان الرباعيات في الشكل 3A لا تتبع توزع الكثافة البسيطة التي يتم استخدامها لإنشاء نموذج (بروتوكول 5.1.3.1). وهذا ينطبق على كل من الجسيمات. كثافة لوحظ لديها علاوة على ذلك.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
ولطالما تم الاعتراف قياسات الدوامي ودوران الجسيمات في تدفق السوائل مضطربة، هدفين مهمين في ميكانيكا السوائل التجريبية. في دوران جسم صلب من المجالات الصغيرة في الاضطرابات يساوي نصف الدوامي السوائل، ولكن التماثل الدوراني من المجالات جعلت القياس المباشر على دوران جسم صلب الصعب. تقليديا، وقد تم قياس الدوامي السوائل باستخدام معقدة، متعددة الاستشعار، الساخنة الأسلاك يسبر 14. ولكن هذه المجسات فقط الحصول على قياسات الدوامي نقطة واحدة في airflows التي لديها كبيرة يعني سرعة. وقد ت.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
الكتاب ليس لديهم مصالح مالية المتنافسة في الكشف عنها.
شكر وتقدير
نشكر Susantha Wijesinghe الذي صمم وشيد نظام ضغط الصور التي نستخدمها. ونحن نعترف بدعم من منحة جبهة الخلاص الوطني DMR-1208990.
....الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| Condor Nd: YAG 50 W ليزر | Quantronics | 532-30-M | |
| كاميرا عالية السرعة | Basler | A504k | |
| كاميرا عالية السرعة | Mikrotron | EoSens MC1362 | |
| Rhodamine-B | ScienceLab.com | SLR1465 | |
| هيدروكسيد الصوديوم | ماكرون | 7708 | كريات. |
| 500 طابعة Connex 3D | Objet | تستخدم لصنع جزيئات أصغر. الجسيمات المطلوبة من RP + M (النماذج الأولية السريعة بالإضافة إلى التصنيع). | |
| VeroClear | Stratasys | RGD810 | مواد البناء. |
| واضح شكل 1 راتنج فوتوبوليمر | فورملابس | ||
| عدسات | |||
| 200 مم عدسات | F-mount. | ||
| حمام بالموجات فوق الصوتية | سونيكاتور | ||
| كلوريد الكالسيوم | الطيف الكيميائي Mfg. كورب. | CAS 10043-52-2 | الكريات. |
| برنامج تصميم نظام LabVIEW | الأدوات | المستخدمة لتشغيل الكاميرات وشبكة التحكم وتشغيل الليزر. | |
| برنامج XCAP | EPIX | يستخدم مع LabVIEW لتشغيل الكاميرات. | |
| MATLAB | Mathworks | تستخدم لجميع تحليلات الصور والبيانات. يتم تضمين برامج لاستخراج الاتجاهات ثلاثية الأبعاد من صور متعددة مع هذا المنشور. | |
| OpenPTV: سرعة تتبع الجسيمات مفتوحة المصدر | OpenPTV Consortium | ||
| ParaView | Kitware | ||
| AutoCAD | AutoDesk | تستخدم لتصميم جميع الجسيمات. لقطات شاشة لتصميمات الجسيمات كلها من AutoCAD. | |
| شبكة مع 0.040 × 0.053 بوصة ثقوب | المعاوضة الصناعية | XN5170 &ndash ؛ 43.5 | |
| مرشحات الكاميرا | شنايدر للبصريات | B + W 040M |
المراجع
- Marcus, G., Parsa, S., Kramel, S., Ni, R., Voth, G. Measurements of the Solid-body Rotation of Anisotropic Particles in 3D Turbulence. New J. Phys. 16, 102001(2014).
- Bretherton, F. The motion of rigid particles in a shear flow at low Reynolds number. J. Fluid ....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
