오리엔테이션 및 회전 속도 측정하는 방법 난류의 입자를 3 차원 인쇄

Summary

우리는 3D 프린팅을 사용하여 잭, 십자, 테트라드 및 트라이어드 모양의 이방성 입자를 제작하며, 난류 유체 흐름의 정렬 및 회전은 여러 동시 비디오 이미지에서 측정할 수 있습니다.

Abstract

실험 방법은 난류 유체 흐름의 이방성 입자의 회전 및 병진 운동을 측정하기 위해 제공된다. 3 차원 프린팅 기술은 공통 중심에 접속가는 무기 입자를 제조하는데 사용된다. 탐구 모양이 십자가 (두 개의 수직 막대), 잭 (세 개의 수직 막대), 화음 (삼각형 평면 대칭 세 봉), 및 tetrads (사면체 대칭 4 개의 팔). 10,000 형광 염색 입자의 순서에의 제조 방법을 설명한다. 그들의 방향 고체 바디 회전 속도의 시간 - 분해 측정이 비교적 낮은 레이놀즈 수 유동에 R _λ = (91)과 격자 진동 사이의 난류 그들의 모션 네 동기화 동영상에서 얻어진 상기 이류 입자는 충분히 작아 그들은 타원 추적 입자 근사있다. 우리는 입자의 위치와 방향 등의 시간이 해결 3D 궤도의 결과를 제시물론 자신의 회전 속도의 측정과 같은.

Introduction

최근 출판에서는 난류 ¹ 입자의 회전 운동을 측정하기위한 복수의 가늘고 긴 아암로부터 제조 된 입자의 사용을 도입 하였다. 이들 입자는 3 차원 프린터를 이용하여 제조하고, 정확하게 자신의 위치, 방향을 측정 할 수 있고, 회전 속도가 다수의 카메라를 사용할 수있다. 날씬한 신체 이론 도구를 사용하여, 이들 입자가 유효 ^{타원체이 대응하는} 것으로 도시 될 수 있고, 이들 입자의 회전 운동은 각 유효 타원체 동일하다. 동일한 길이의 대칭 무기 입자는 구처럼 회전한다. 하나는 이러한 입자의 중심에 부착 된 세 개의 서로 수직 팔을 가진 잭입니다. 잭의 아암의 상대적 길이를 조정하는 삼축 타원체에 상응하는 입자를 형성 할 수있다. 하나의 아암의 길이가 0과 동일하게 설정되는 경우, 이는 그 등가 타원체 디스크 인 단면을 생성한다. 날씬한 만들어진 입자팔은 고체 타원형 대응의 고체 볼륨의 작은 부분을 차지합니다. 그 결과, 밀도가 일치 그들에게 더 쉽게 더 천천히 침전. 이 고체 타원형 입자 편리한 것보다 훨씬 더 큰 입자의 연구를 할 수 있습니다. 입자가 다른 입자로부터의 빛의 작은 부분을 차단하기 때문에 또한 이미징은보다 높은 입자 농도에서 수행 될 수있다.

본 논문에서는 제작 및 3D 인쇄 입자를 추적하....

Protocol

입자의 1. 제작

1. 입자 모델을 생성하기 위해 3 차원 컴퓨터 지원 제도 프로그램을 사용하십시오. 사용 된 3 차원 프린터에 의해 처리 될 수있는 파일 포맷 모델 당 하나의 파일 내보내기.
   1. 0.3 mm 직경의 원을 그립니다 원 명령을 사용하십시오. 3mm의 길이 실린더를 만들기 위해 밀어 내기 기능을 사용합니다.
   2. 일반적인 센터와 두 개의 직교 실린더와 교차합니다; 일반적인 센터와 세 개의 서로 직교하는 실린더 잭을; 네 개의 실린더는 서로에 대해 109.5 ° 각도 공통 단부 공유와 테트라을; 평면에서 세 개의 실린더는 서로 120 ° 각도에서 공통의 끝을 공유와 함께 화음을합니다.
   3. 실린더 기울어 그 단부 중 하나의 원의 직경을 가로 질러 라인을 그린 후, 회전의 원하는 각도를 입력 회전 3D 명령을 사용하여 서로에 대해 (이하 입자의 "무기"라고 함).
   4. 조에 연합 (EU) 명령을 사용하여함께 하나의 방수 객체에 다른 무기입니다.
   5. 이 축을 따라 거짓말 팔, 결함이 쉽게 끊어, 또는 평평 경향이 있기 때문에, 더 팔이 수직 또는 수평 축을 따라 없습니다 그래서 객체를 기울이 다시 회전 3D를 사용합니다.
   6. 3 차원 프린터에서 사용할 수있는 형식으로 별도의 파일의 각 객체 ....

Results

도 3a는 오일러의 플롯 위의 하나의 카메라로부터의 화상 테트라 그 궤적 (도 3C)의 단면으로부터 얻어지는 각도이다. 도 3b에서, 5에 기재된 프로토콜 자세 찾는 알고리즘의 결과 - 5.3는 테트라 화상에 중첩된다. 그림 3a에서 테트라의 팔 모델을 만드는 데 사용되는 단순 강도 분포 (프로토콜 5.1.3.1)를 수행하지 않습니다. 이 입자의 모든 마찬가지입니다. 관찰 된 강도는 또한 팔, 조명 및 보는 방향 ⁽¹²⁾ 사이의 각도에 비 하찮은 의존성을 가지고있다. 모델은 이러한 요소들의 임의의 것을 포함하지만, 그럼에도 불구하고, 입자 배향 매우 정확한 측정 값을 생성하지 않는다.

오리엔테이션 맞는 최소 제곱 발견되면.......

Discussion

와도와 난류 유체 유동 입자의 회전 측정은 긴 실험 유체 역학의 중요한 목표로 인식되고있다. 난류 작은 구체의 고체 바디 회전 반 유체 와도 동일하지만 분야의 회전 대칭성이 곤란 그들의 고체 본체의 회전을 직접 측정했다. 전통적으로, 액체 소용돌이 복잡한 다중 센서를 사용하여 측정 한, 열선 ^(14)을 프로빙. 그러나 이러한 센서는 큰 평균 속도가 공기 흐름에서 단일 포인트 와도 측정을 찾으실 수 있습니다. 와도 다른 측정 방법이 개발되었다. 예를 들어, 스와 및 DAHM 스칼라 이미지 ¹⁵ Lüthi, Tsinober 및 Kinzelbach 차원 입자 추적 속도계 ^(16)에 기초하여 사용 유동장 속도계를 사용했다. 단일 입자의 회전을 추적하여 난류의 소용돌이도의 측정은 고체 구형의 회전을 측정 Frish과 웹의에 의해 개척되었다와도 광학 프로브 ^(17)를 사용하여 입자. 이 프로브는 거울 방향이 입자의 회전에 따라 변화 빔을 생성하는 역할을 내장 .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Condor Nd:YAG 50 W 레이저	Quantronics	532-30-M
고속 카메라	Basler	A504k
고속 카메라	Mikrotron	EoSens Mc1362
Rhodamine-B		ScienceLab.com SLR1465
수산화나트륨	Macron	7708	펠릿.
500 Connex 3D 프린터	Objet		더 작은 입자를 만드는 데 사용됩니다. RP+M(래피드 프로토타이핑 및 제조)에서 주문한 입자.
VeroClear	Stratasys	RGD810	Objet 제작 재료.
Clear Form 1 포토폴리머 수지	Formlabs
원통형 및 구형 렌즈,
200mm 매크로 카메라 렌즈			F-마운트.
초음파 욕조	Sonicator
칼슘 클로라이드	스펙트럼 화학 제조 공사	CAS 10043-52-2	펠릿.
LabVIEW 시스템 디자인 소프트웨어	National Instruments		카메라를 트리거하고, 그리드를 제어하고, 레이저를 트리거하는 데 사용됩니다.
XCAP 소프트웨어	: EPIX		LabVIEW와 함께 사용되어 카메라를 트리거링합니다.
MATLAB	Mathworks		모든 이미지 및 데이터 분석에 사용됩니다. 여러 이미지에서 3D 방향을 추출하는 프로그램이 이 출판물에 포함되어 있습니다.
OpenPTV: 오픈 소스 입자 추적 속도 측정	OpenPTV 컨소시엄
ParaView	Kitware
AutoCAD	AutoDesk		모든 입자를 설계하는 데 사용됩니다. 입자 디자인의 스크린샷은 모두 AutoCAD입니다.
0.040 x 0.053 인치 구멍이 있는 메시	산업용 그물	XN5170– 43.5
카메라 필터	Schneider Optics	B+W 040M