الكتاب ممتنون لOE وRPSEA للدعم المالي والشركات التي ترعى JIP على التكسير الهيدروليكي والسيطرة على الرمال في جامعة تكساس في أوستن (السائل الجوي، والمنتجات الجوية، أناداركو، أباتشي، بيكر هيوز، BHP بيليتون، BP أمريكا، شيفرون، كونوكو فيليبس، إكسون موبيل، فيروس، هاليبرتون، هيس، مجموعة ليند، بيميكس، بايونير للموارد الطبيعية ، براكسير، أرامكو السعودية، شلمبرجير، شل، جنوب غرب الطاقة، ستات أويل، ويذرفورد، وYPF).

1. إعداد السوائل
يستخدم نظام سائل خال من البوليمر، ولزج، واثنين من المكونات، وناتجة إلى السطح لهذه الدراسة التجريبية. وقد استخدم هذا النظام السائل في آبار النفط والغاز في العديد من الحقول المنتجة لعلاج التكسير الهيدروليكي44,45. ويستخدم هذا النظام السائل لهذه الدراسة لأنه شفاف بصريا ويمكن التحكم في الريولوجيا عن طريق تغيير تركيزات ونسب المكونين بشكل منهجي. يتكون نظام السوائل من متفاعل أنيوني (مثل سلفونات xylene الصوديوم) كمكون A وخافق للجسم cationic (مثل N, N, N-trimethyl-1-octadecamonium chloride) كمكون B.
<ol><li>إضافة تركيز معين من المكون A إلى الماء المقطر ومزيج في دورة في الدقيقة عالية باستخدام خلاط النفقات العامة لضمان خلط السليم. السماح لها لخلط لمدة 2-3 دقائق.</li>
	<li>إضافة تركيز معين من العنصر B إلى هذا الخليط والسماح لها لخلط لمدة 2-3 دقائق إضافية.</li>
	<li>بقية الخليط لمدة 2-6 ساعات للتنفيس عن فقاعات الهواء. ملاحظة: خليط السوائل النهائي شفاف بصريا. لهذه الدراسة يتم استخدام سبعة مخاليط السوائل من تركيزات مختلفة. يتم اختيار التركيزات للحصول على خليط السوائل على مجموعة واسعة من اللزوجات.</li>
</ol>2. قياس سرعات التسوية في السوائل غير المقيدة
وتستخدم المجالات الزجاجية من أقطار تتراوح بين 1-5 ملم.
<ol><li>استخدام المجهر عالية الدقة لقياس قطر المجالات الزجاجية. تأكد من أن المجالات لها أسطح ناعمة ومجالات شبه مثالية.</li>
	<li>تخزين السائل في حاويات زجاجية بقطر لا يقل عن 25x قطر الجسيمات لضمان عدم وجود تأثير الجدران المحصورة على سرعة تسوية الجسيمات.</li>
	<li>سجل درجة حرارة الغرفة ودرجة حرارة السوائل باستخدام ميزان الحرارة المختبري. قياس درجة الحرارة مهم لأنه ينبغي إجراء القياسات الريولوجية للسائل في درجة الحرارة التي يتم فيها إجراء تجربة التسوية.</li>
	<li>ضع عصا المتر بجانب الحاوية.</li>
	<li>تزج بلطف الجسيمات الزجاجية في السائل والسماح لها لتسوية. سجل عملية التسوية باستخدام كاميرا فيديو عالية الدقة.</li>
	<li>تتبع موضع الجسيم في خطوات زمنية مختلفة عن الفيديو المسجل باستخدام تطبيق تحليل الصورة. ملاحظة: في هذا العمل، يتم استخدام تطبيق برنامج يسمى "تعقب"<a href="http://www.cabrillo.edu/~dbrown/tracker/" target="_blank">(http://www.cabrillo.edu/~dbrown/tracker/</a>).</li>
	<li>رسم الموضع الرأسي للجسيمات مقابل الوقت وحساب سرعة تسوية المحطة الطرفية من منحدر الخط.</li>
	<li>كرر التجربة في ظل مجموعة فريدة من الشروط 3x على الأقل لضمان استنساخها. إجراء تحليل الصورة لقياسات مختلفة والإبلاغ عن سرعة التسوية القطر جسيم معين في سائل معين باستخدام قضبان الخطأ.</li>
	<li>كرر الخطوات المذكورة أعلاه للجسيمات قطرها مختلفة وتسجيل سرعات تسوية. رسم سرعة التسوية مقابل قطر الجسيمات. ملاحظة: يوضح الشكل 1 سرعة التسوية لخمسة جزيئات مختلفة الحجم في سائل واحد.
</li>
</ol>3. قياس سرعات تسوية السوائل بين الجدران المتوازية
لقياس سرعات التسوية في وجود جدران متوازية ، يتم استخدام خليتين تجريبيتين مصنوعتين من Plexiglas.
<ol><li>أثناء تصميم وبناء الخلية، تأكد من أن الجدران ناعمة ومتوازية تماما مع بعضها البعض. الحفاظ على نسبة العرض إلى الارتفاع من الخلايا منخفضة لضمان عدم وجود تأثير الجدران متعامدة إلى الجدران المتوازية. ملاحظة: الفجوة بين الجدران في الخلايا اثنين في هذه الدراسة هو 3.6 ملم و 8 ملم، على التوالي. ويبين الشكل 2 تخطيطا لخلية تجريبية واحدة.</li>
	<li>ملء الخلية مع السائل والإفراج بلطف الجسيمات في الخلية من خلال مدخل / منفذ المنفذ. ختم مدخل / منفذ الميناء مع سدادة مطاطية والسماح للجسيمات لتسوية حتى تصل إلى منتصف الخلية.</li>
	<li>عند هذه النقطة، ضع الخلية بعناية عموديا والسماح للجسيمات بالاستقرار.</li>
	<li>ضع عصا العدادات إلى جانب الخلية وسجل التسوية باستخدام كاميرا الفيديو عالية الدقة.</li>
	<li>سجل درجة حرارة الغرفة ودرجة حرارة السوائل باستخدام ميزان الحرارة المختبري. وهذا أمر مهم لأن القياسات الريولوجية للسائل ينبغي أن تتم في درجة الحرارة هذه.</li>
	<li>كما هو الحال مع قياسات سرعة التسوية غير المقيدة ، قم بقياس سرعة التسوية في تطبيق البرنامج "Tracker". كرر القياسات ثلاث مرات على الأقل لضمان القابلية للاستنساخ والحصول على أشرطة الخطأ في كل قياس.</li>
</ol>4. توصيف الريولوجي للسوائل
<ol><li>إجراء قياسات ثابتة لزوجة القص لقياس لزوجة السائل كدالة لمعدل القص. ملاحظة: في هذا العمل، يتم استخدام مقياس الريمتر ARES بواسطة TA Instruments مع أسطوانات مزدوجة متحدة المركز (داخل قطر الكوب: 27.95 مم، داخل قطر بوب: 29.50 مم، خارج قطر البوب: 32.00 مم، قطر الكوب الخارجي: 34.00 مم، طول البوب: 32.00 مم).
</li>
	<li>تختلف معدل القص من 0.1-800ثانية -1 واتخاذ القياسات في 10 نقطة / عقد. تأكد من أن درجة حرارة الكأس هي نفسها التي أجريت فيها تجربة التسوية في نفس السائل. يظهر الشكل 3 اللزوجة مقابل معدل القص لعينة سائلة واحدة على مخطط سجل السجل.</li>
	<li>لنفس السائل، وحساب نطاق معدل القص الذي واجه الجسيمات في تجارب التسوية. استخدام متوسط معدل القص الجسيمات السطحية التي يحددها 2V/دف 20,23، حيث V هو سرعة تسوية الجسيمات و دع هو قطر الجسيمات.</li>
	<li>تناسب منحنى قانون السلطة μ = Kγن - 1في هذا النطاق من معدلات القص على اللزوجة مقابل مؤامرة معدل القص. على رسم سجل السجل سيكون هذا الاحتواء خطا مستقيما. تحديد المعلمات K (مؤشر تناسق التدفق) و n (مؤشر سلوك التدفق). K و n قياس لزوجة السوائل. ويبين الشكل 3 أن قانون السلطة يصلح لنفس المؤامرة.</li>
	<li>إجراء قياسات التذبذب والقص الديناميكية على مدى الترددات من 0.1-100 راد / ثانية وقياس معامل مرن، G' ومعامل لزج، G''. خذ القياس عند 10 نقاط / عقد. الشكل 4 يظهر G' و G'' لعينة السوائل.</li>
	<li>حساب نسبة مودولي اثنين، G'' /G' من هذه البيانات. تناسب نسبة مودولي لنموذج ماكسويل باستخدام تحليل الانحدار وحساب وقت الاسترخاء (λ) من السائل. معادلة نسبة مودولي اثنين لنموذج ماكسويل هو46,47:</li>
</ol><img alt="Equation 12" fo:src="/files/ftp_upload/50749/50749eq12highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50749/50749eq12.jpg"> وقت استرخاء السائل كميا مرونة السائل. أكبر وقت الاسترخاء، وأكثر مرونة هو السائل. الشكل 5 يظهر G'' /G' لعينة السوائل جنبا إلى جنب مع تناسب ماكسويل. يتم إجراء التركيب عن طريق تقليل مجموع مقياس التباين على نطاق التردد. <img alt="Equation 13" fo:src="/files/ftp_upload/50749/50749eq13highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50749/50749eq13.jpg">
5. تحديد تأثير المرونة على سرعات التسوية غير المقيدة
<ol><li>تدل على سرعة التسوية التجريبية للجسيمات في السائل غير المقيد بواسطة V∞VE حيث يشير'∞VE' إلى السوائل اللزجة غير المحتسبة. قارن هذه السرعة التجريبية للتسوية مع سرعة التسوية(V∞INEL)المحسوبة على أساس بيانات اللزوجة الظاهرة استنادا إلى معلمات قانون السلطة. استخدم التعابير التي طورها رينو وآخرون. 1 لحساب V∞INEL. يتم ذكر التعبيرات في قسم المقدمة. '∞INEL'يشير إلى السوائل غير المفككة غير محددة.</li>
	<li>حساب نسبة V∞EL/V∞INEL ، وتشير إلى النسبة كنسبة السرعة. توضح قيمة نسبة السرعة تأثير المرونة على سرعة التسوية. نسبة السرعة أكبر من 1 تشير إلى زيادة السرعة / انخفاض السحب بسبب مرونة السوائل. نسبة السرعة أقل من 1 تشير إلى تخفيض السرعة / سحب تعزيز بسبب مرونة السوائل.</li>
	<li>رسم نسبة السرعة كدالة قطر الجسيمات لسوائل مختلفة لمراقبة تأثير المرونة على سرعة تسوية جزيئات قطرها مختلفة في سوائل من الروماتيزم المختلفة. يوضح الشكل 6 نسبة السرعة كدالة قطر جسيم في أحد السوائل.</li>
</ol>6. تحديد تأثير تأخر الجدران المتوازية على تسوية السرعات
<ol><li>حساب عامل الجدار، Fث لجسيم قطر معين عن طريق تقسيم سرعة تسوية في وجود الجدران المتوازية، V∞VE إلى سرعة تسوية في السائل غير محدودة، V∞VE.</li>
	<li>لسائل معين، رسم عوامل الجدار كدالة قطر الجسيمات إلى نسبة تباعد الجدار، ص. يظهر الشكل 7 عوامل الجدار للجسيمات التي تستقر في أحد السوائل. تساعد المؤامرة على تحديد تأثير التخلف للجدران المحصورة على سرعة التسوية. خفض عامل الجدار، وارتفاع تأثير التخلف الجدار.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Renaud, M., Mauret, E., Chhabra, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Power-law+fluid+flow+over+a+sphere:+average+shear+rate+and+drag.">Power-law fluid flow over a sphere: average shear rate and drag.</a> 82, 1066-1070 (2004).</li><li>Clift, R., Grace, J. R., Weber, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Bubbles, Drops and Particles. , (1978).</li><li>Khan, A. R., Richardson, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+resistance+to+motion+of+a+solid+sphere+in+a+fluid.">The resistance to motion of a solid sphere in a fluid.</a> Chem. Eng. Sci. 62, 135-150 (1987).</li><li>Zapryanov, Z., Tabakova, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Dynamics of Bubbles, Drops and Rigid Particles. , (1999).</li><li>Michaelides, E. E., DeKee, D., Chhabra, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+2.+Analytical+expressions+for+the+motion+of+particles.">Chapter 2. Analytical expressions for the motion of particles.</a> Transport Processes in Bubbles Drops and Particles. , (2002).</li><li>Michaelides, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrodynamic+force+and+heat/mass+transfer+from+particles,+bubbles+and+drops+-+the+Freeman+Scholar+Lecture.">Hydrodynamic force and heat/mass transfer from particles, bubbles and drops - the Freeman Scholar Lecture.</a> Journal of Fluids Engineering (AMSE. 125, 209-238 (2003).</li><li>Der Faxen, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Widerstand+gegen+die+Bewegung+einer+starren+Kugel+in+einer+z&#228;hen+Fl&#252;ssigkeit,+die+zwischen+zwei+parallelen+ebenen+W&#228;nden+eingeschlossen+ist).">Widerstand gegen die Bewegung einer starren Kugel in einer z&#228;hen Fl&#252;ssigkeit, die zwischen zwei parallelen ebenen W&#228;nden eingeschlossen ist).</a> Annalen der Physics. 68, 89-119 (1922).</li><li>Bohlin, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+drag+on+a+sphere+moving+in+a+viscous+fluid+inside+a+cylindrical+tube.">On the drag on a sphere moving in a viscous fluid inside a cylindrical tube.</a> Trans Royal Insitute of Technology Stockholm. 155, (1960).</li><li>Miyamura, A., Iwasaki, S., Ishii, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+wall+correction+factors+of+single+solid+spheres+in+triangular+and+square+cylinders,+and+parallel+plates.">Experimental wall correction factors of single solid spheres in triangular and square cylinders, and parallel plates.</a> International Journal of Multiphase Flow. 7, 41-46 (1981).</li><li>Tullock, D. L., Phan-Thien, N., Graham, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Boundary+element+simulations+of+spheres+settling+in+circular,+square+and+triangular+ducts.">Boundary element simulations of spheres settling in circular, square and triangular ducts.</a> Rheol. Acta. 31, 139-150 (1992).</li><li>Chhabra, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wall+effects+on+terminal+velocity+of+non-spherical+particles+in+non-Newtonian+polymer+solutions.">Wall effects on terminal velocity of non-spherical particles in non-Newtonian polymer solutions.</a> Powder Technology. 88, 39-44 (1996).</li><li>Chhabra, R. P., Dekes, D., Chhabra, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+2.+Wall+effects+on+spheres+falling+axially+in+cylindrical+tubes.">Chapter 2. Wall effects on spheres falling axially in cylindrical tubes.</a> Transport Processes in Bubbles Drops and Particles. , (2002).</li><li>Chhabra, R. P., Francis, S. e. c. o. n. d. e. d. .. ,. T. a. y. l. o. r. &. a. m. p. ;. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Bubbles, Drops, and Particles in Non-Newtonian Fluids. , (2007).</li><li>Dazhi, G., Tanner, R. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+drag+on+a+sphere+in+a+power+law+fluid.">The drag on a sphere in a power law fluid.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 17, 1-12 (1984).</li><li>Tripathi, A., Chhabra, R. P., Sundararajan, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Power-law+fluid+over+spheroidal+particles.">Power-law fluid over spheroidal particles.</a> Industrial &amp; Engineering Chemistry Research. 33, 403-410 (1994).</li><li>Graham, D. I., Jones, T. E. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Settling+and+transport+of+spherical+particles+in+power-law+fluids+at+finite+Reynolds+number.">Settling and transport of spherical particles in power-law fluids at finite Reynolds number.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 54, 465-488 (1994).</li><li>Tripathi, A., Chhabra, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drag+on+spheroidal+particles+in+dilatant+fluids.">Drag on spheroidal particles in dilatant fluids.</a> AIChE. 41 (3), 728-731 (1995).</li><li>Missirlis, K. A., Assimacopoulos, D., Mitsoulis, E., Chhabra, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wall+effects+for+motion+of+spheres+in+power-law+fluids.">Wall effects for motion of spheres in power-law fluids.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 96 (3), 459-471 (2001).</li><li>Dallon, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> A drag coefficient correlation for spheres settling in Ellis fluids [Ph.D. Dissertation]. , (1967).</li><li>Uhlherr, P. H. T., Le, T. N., Tiu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+inelastic+power-law+fluids+using+falling+sphere+data.">Characterization of inelastic power-law fluids using falling sphere data.</a> Canadian Journal of Chemical Engineering. 54, 497-502 (1976).</li><li>Machac, I., Lecjaks, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wall+Effect+for+a+Sphere+Falling+Through+a+Non-Newtonian+Fluid+in+a+Rectangular+Duct.">Wall Effect for a Sphere Falling Through a Non-Newtonian Fluid in a Rectangular Duct.</a> Chemical Engineering Science. 50 (1), 143-148 (1995).</li><li>Kelessidis, V. C., Mpandelis, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurements+and+prediction+of+terminal+velocity+of+solid+particles+falling+through+stagnant+pseudoplastic+liquids.">Measurements and prediction of terminal velocity of solid particles falling through stagnant pseudoplastic liquids.</a> Powder Technology. 147, 117-125 (2004).</li><li>Shah, S. N., Fadili, Y. E., Chhabra, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+model+for+single+spherical+particle+settling+velocity+in+power+law+(visco-inelastic)+fluids.">New model for single spherical particle settling velocity in power law (visco-inelastic) fluids.</a> International Journal of Multiphase Flow. 33, 51-66 (2007).</li><li>Rodrigue, D., DeKee, D., Chan Man Fong, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+slow+motion+of+a+spherical+particle+in+a+Carreau+fluid.">The slow motion of a spherical particle in a Carreau fluid.</a> Chemical Engineering Communications. 154, 203-215 (1996).</li><li>Darby, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Chemical Engineering Fluid Mechanics. , (2001).</li><li>Shah, S. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Proppant+settling+correlations+for+non-Newtonian+fluids.">Proppant settling correlations for non-Newtonian fluids.</a> Society of Petroleum Engineers Journal. 22 (2), 164-170 (1982).</li><li>Shah, S. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Proppant-settling+correlations+for+non-Newtonian+Fluids.">Proppant-settling correlations for non-Newtonian Fluids.</a> Society of Petroleum Engineers Production Engineering Journal. 1 (6), 446-448 (1986).</li><li>Ford, J. T., Oyeneyin, M. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+formulation+of+milling+fluids+for+efficient+hole+cleaning:+an+experimental+investigation.">The formulation of milling fluids for efficient hole cleaning: an experimental investigation.</a> Paper SPE 38819. , (1994).</li><li>Acharya, A., Mashelkar, R. A., Ulbrecht, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow+of+inelastic+and+viscoelastic+fluids+past+a+sphere,+Part+II:+Anomalous+separation+in+the+viscoelastic+fluid+flow.">Flow of inelastic and viscoelastic fluids past a sphere, Part II: Anomalous separation in the viscoelastic fluid flow.</a> Rheological Acta. 15, 471-478 (1976).</li><li>Acharya, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Viscoelasticity+of+crosslinked+fracturing+fluids+and+proppant+transport.">Viscoelasticity of crosslinked fracturing fluids and proppant transport.</a> SPE Production Engineering. 3, 483-488 (1988).</li><li>Chhabra, R. P., Uhlherr, P. H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Creeping+motion+of+spheres+through+shear-thinning+elastic+fluids+described+by+the+Carreau+viscosity+equation.">Creeping motion of spheres through shear-thinning elastic fluids described by the Carreau viscosity equation.</a> Rheological Acta. 19 (2), 187-195 (1980).</li><li>Bush, M. B., Phan-Thien, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drag+force+on+a+sphere+in+creeping+motion+through+a+Carreau+model+fluid.">Drag force on a sphere in creeping motion through a Carreau model fluid.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 16 (3), 303-313 (1984).</li><li>Broadbent, J. M., Mena, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Slow+flow+of+an+elastico-viscous+fluid+past+cylinders+and+spheres.">Slow flow of an elastico-viscous fluid past cylinders and spheres.</a> Chemical Engineering Journal. 8, 11-19 (1974).</li><li>Sigli, D., Coutanceau, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+finite+boundaries+on+the+slow+laminar+isothermal+flow+of+a+viscoelastic+fluid+around+a+spherical+obstacle.">Effect of finite boundaries on the slow laminar isothermal flow of a viscoelastic fluid around a spherical obstacle.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2, 1-21 (1977).</li><li>Brule, B. H. A. A. V. D., Gheissary, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+fluid+elasticity+on+the+static+and+dynamic+settling+of+a+spherical+particle.">Effects of fluid elasticity on the static and dynamic settling of a spherical particle.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 49, 123-132 (1993).</li><li>Walters, K., Tanner, R. I., Chhabra, R. P. . D. e. K. e. e. ,. D. .. ,., DeKee, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+3.+The+Motion+of+a+Sphere+through+an+Elastic+Fluid..">Chapter 3. The Motion of a Sphere through an Elastic Fluid..</a> Transport Processes in Bubbles, Drops and Particles. , (1992).</li><li>McKinley, G. H., DeKee, D., Chhabra, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+14.+Steady+and+transient+motion+of+spherical+particles+in+viscoelastic+liquids.">Chapter 14. Steady and transient motion of spherical particles in viscoelastic liquids.</a> Transport Processes in Bubbles, Drops and Particles. , (2002).</li><li>Chhabra, R. P., Tiu, C., Uhlherr, P. H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+study+of+wall+effects+on+the+motion+of+a+sphere+in+viscoelastic+fluids.">A study of wall effects on the motion of a sphere in viscoelastic fluids.</a> Canadian Journal of Chemical Engineering. 59, 771-775 (1981).</li><li>Jones, W. M., Price, A. H., Walters, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+motion+of+a+sphere+falling+under+gravity+in+a+constant+viscosity+elastic+liquid.">The motion of a sphere falling under gravity in a constant viscosity elastic liquid.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 53, 175-196 (1994).</li><li>Navez, V., Walters, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+note+on+settling+in+shear-thinning+polymer+solutions.">A note on settling in shear-thinning polymer solutions.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 67, 325-334 (1996).</li><li>Huang, P. Y., Wall Feng, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=effects+on+the+flow+of+viscoelastic+fluids+around+a+circular+cylinder.">effects on the flow of viscoelastic fluids around a circular cylinder.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 60, 179-198 (1995).</li><li>Sugeng, F., Tanner, R. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+drag+on+spheres+in+viscoelastic+fluids+with+significant+wall+effects.">The drag on spheres in viscoelastic fluids with significant wall effects.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 20, 281-292 (1986).</li><li>Malhotra, S., Sharma, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Settling+of+Spherical+Particles+in+Unbounded+and+Confined+Surfactant-Based+Shear+Thinning+Viscoelastic+Fluids:+An+Experimental+Study.">Settling of Spherical Particles in Unbounded and Confined Surfactant-Based Shear Thinning Viscoelastic Fluids: An Experimental Study.</a> Chemical Engineering Science. 84, 646-655 (2012).</li><li>Zhang, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluids+for+Fracturing+Subterranean+Formations.U.S.">Fluids for Fracturing Subterranean Formations.U.S.</a> US patent. , (2002).</li><li>Gupta, D. V. S., Leshchyshyn, T. T., Hlidek, B. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surfactant+gel+foam/emulsions:+History+and+field+application+in+the+western+Canadian+sedimentary+basin.">Surfactant gel foam/emulsions: History and field application in the western Canadian sedimentary basin.</a> , (2005).</li><li>Ferry, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Viscoelastic Properties of Polymers. , (1970).</li><li>Yesilata, B., Clasen, C., McKinley, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonlinear+shear+and+extensional+Flow+dynamics+of+wormlike+surfactant+solutions.">Nonlinear shear and extensional Flow dynamics of wormlike surfactant solutions.</a> Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 133, 73-90 (2006).</li></ol>

ويود المؤلفون أن يشيروا إلى أن الهدف من هذا المنشور هو إظهار مرئي للإجراء التجريبي لقياس تسوية الجسيمات. للحصول على نتائج وتحليلات مفصلة يجب على القراء الرجوع إلى المنشور السابق43.

وتركز الدراسة التجريبية على قياس سرعات تسوية الجسيمات الكروية في سوائل فيسكويلاستيك ترقق القص في ظل ظروف غير محددة ومحصورة. ويرد إجراء تجريبي مفصل للحصول على قياسات قابلة للتكرار لسرعات التسوية. يتم تقديم النتائج لإظهار أن مرونة السوائل يمكن أن تزيد أو تقلل من سرعة التسوية. الجدران تمارس...

تتم مواجهة تعليق الجسيمات في السوائل في تطبيقات تشمل التصنيع الصيدلاني ومعالجة مياه الصرف الصحي وإعادة حقن الوقود الفضائي ومعالجة أشباه الموصلات وتصنيع المنظفات السائلة. في صناعة النفط، وتستخدم سوائل التكسير اللزجة لنقل السراويل (الرمل عادة) في الكسور الهيدروليكية. عند التوقف عن ضخ السراويل إبقاء الكسر مفتوحا وتوفير مسار موصل للهيدروكربونات لتدفق مرة أخرى.
ويحكم تسوية الجسيمات من قبل الريولوجيا وكثافة السوائل والحجم والشكل وكثافة الجسيمات وتأثير حصر الجدران. بالنسبة للجسيمات الكروية المستقرة في سائل نيوتوني في نظام التدفق الزاحف ، يتم إعطاء سرعة التسوية بواسطة معادلة ستوكس ، المستمدة من ستوكس في عام 1851. وقد قدمت تعبيرات لحساب قوة السحب في أرقام رينولدز أعلى من قبل الباحثين اللاحقة2-6. الحد من الجدران يقلل من سرعات التسوية من خلال ممارسة تأثير التخلف على الجسيمات. عامل الجدار، Fw، يعرف بأنه نسبة سرعة التسوية الطرفية في وجود الجدران المحصورة على سرعة التسوية في ظل ظروف غير محدودة. عامل الجدار يحدد كميا تأثير التخلف من الجدران المحصورة. العديد من الدراسات النظرية والتجريبية لتحديد عوامل الجدار للمجالات التي تستقر في سوائل نيوتن في مختلف القنوات العرضية على مدى مجموعة واسعة من أرقام رينولدز متوفرة في الأدب7-13. في المجمل ، هناك مجموعة واسعة من المعلومات المتاحة لتحديد السحب على المجالات في السوائل النيوتونية.
العمل السابق على تحديد سرعة تسوية الجسيمات في السوائل غير نيوتونية، وخاصة السوائل اللزجة، هو أقل اكتمالا. تتوفر تنبؤات رقمية مختلفة14-18 ودراسات تجريبية19-24 في الأدب لتحديد قوة السحب على كرة في سوائل قانون السلطة غير المعطلة. باستخدام التنبؤات النظرية من تريباثي وآخرون. 15 وتريباثي وشبرا17، رينو وآخرون. 1 وضعت التعبيرات التالية لحساب معامل السحب(CD)في السوائل غير الموالح السلطة القانون.
ل REPL<0.1 (نظام التدفق الزاحف)
<img alt="Equation 1" fo:src="/files/ftp_upload/50749/50749eq1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50749/50749eq1.jpg"> حيث X(n) هو عامل تصحيح السحب13. RePLهو رقم رينولدز لكرة تقع في سائل قانون السلطة يعرف بأنه:
<img alt="Equation 2" fo:src="/files/ftp_upload/50749/50749eq2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50749/50749eq2.jpg"> حيث f هي كثافة السائل. تم تركيب عامل تصحيح السحب مع المعادلة التالية1:
<img alt="Equation 3" fo:src="/files/ftp_upload/50749/50749eq3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50749/50749eq3.jpg"> باستخدام تعريف معامل السحب، يتم حساب سرعة التسوية على النحو التالي:
<img alt="Equation 4" fo:src="/files/ftp_upload/50749/50749eq4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50749/50749eq4.jpg"> ل0.1<RePL<100
<img alt="Equation 5" fo:src="/files/ftp_upload/50749/50749eq5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50749/50749eq5.jpg"> حيث X هي نسبة مساحة السطح إلى المساحة المتوقعة للجسيمات وتساوي 4 للمجالات. CD0 هو معامل السحب في منطقة ستوكس (RePL < 0.1) الذي قدمته المعادلة 1، C D∞ هو قيمة معامل السحب في منطقة نيوتن (RePL > 5 × 102)ويساوي 0.44. يتم التعبير عن المعلمات β، ب، ك على النحو التالي:
<img alt="Equations 6-8" fo:src="/files/ftp_upload/50749/50749eq6-8highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50749/50749eq6-8.jpg"> αس = 3 و α هو تصحيح لمعدل القص المتوسط المتصل ب X(n) على النحو التالي:
<img alt="Equation 9" fo:src="/files/ftp_upload/50749/50749eq9highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50749/50749eq9.jpg"> لحساب سرعة التسوية يتم استخدام المجموعة Nd 25 عديمة الأبعاد:
<img alt="Equation 10" fo:src="/files/ftp_upload/50749/50749eq10highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50749/50749eq10.jpg"> Nd مستقلة عن سرعة التسوية ويمكن حسابها بشكل صريح. باستخدام هذه القيمة وتعبير معامل السحب في المعادلة 5، يمكن حل RePL تكراريا. ويمكن بعد ذلك حساب سرعة التسوية باستخدام:
<img alt="Equation 11" fo:src="/files/ftp_upload/50749/50749eq11highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50749/50749eq11.jpg"> واستندت التعابير في المعادلات 1-9 على التنبؤات النظرية التي تم الحصول عليها للقيم 1 ≥ n ≥ 0.4. Chhabra13 مقارنة التوقعات من التعبيرات المذكورة أعلاه مع النتائج التجريبية للشاه26-27 (ن تختلف من 0.281-0.762) و فورد وآخرون. 28 (ن تختلف من 0.06-0.29). تم عرض التعبيرات للتنبؤ بمعاملات السحب بدقة. واستنادا إلى هذه التحليلات، يمكن استخدام التركيبة المذكورة أعلاه لحساب سرعة استقرار الجسيمات الكروية في سوائل قانون الطاقة غير الممرونة لمدة 1 ≥ n ≥ 0.06. تتم مقارنة سرعة التسوية المتوقعة في سوائل قانون الطاقة غير المرنة بالسرعة التجريبية في السوائل اللزوجية لقانون الطاقة لتحديد تأثير مرونة السوائل على سرعة التسوية. وترد الخطوات التفصيلية في القسم التالي.
كما كان تحديد سرعة الجسيمات في السوائل اللزجة موضوعا للبحث مع ملاحظات متفاوتة من قبل باحثين مختلفين؛ '1' في نظام التدفق الزاحف تطغى آثار ترقق القص تماما على الآثار اللزوجية وتستقر السرعات في اتفاق ممتاز مع النظريات اللزجة البحتة29-32، '2' الجسيمات تجربة انخفاض السحب داخل وخارج نظام التدفق الزاحف وسرعة التسوية زيادة بسبب مرونة30،33،34، '3' سرعة تسوية يقلل بسبب مرونة السيولة35. والترز وتانر36 لخص أن السوائل بوجر (السوائل المرنة اللزوجة المستمرة) مرونة يسبب انخفاض السحب في أرقام Weissenberg منخفضة تليها تعزيز السحب في أرقام Weissenberg أعلى. وسلط ماكينلي37 الضوء على أن الآثار الإرشادية في أعقاب الكرة تسبب زيادة السحب في أعداد فايسنبرغ أعلى. بعد مراجعة شاملة للعمل السابق على تسوية الجسيمات في السوائل اللزوجية غير المقيدة والمقيدة ، سلط Chhabra13 الضوء على التحدي المتمثل في دمج وصف واقعي لللزوجة المعتمدة على معدل القص جنبا إلى جنب مع مرونة السوائل في التطورات النظرية. دراسة آثار الجدار على تسوية الجسيمات الكروية كما كان مجالا للبحوث على مدى السنوات الماضية38-42. ومع ذلك ، تم تنفيذ جميع الأعمال على تسوية الجسيمات الكروية في أنابيب أسطوانية. لا تتوفر بيانات عن الجسيمات الكروية التي تستقر في السوائل اللزجة بين الجدران المتوازية.
يحاول هذا العمل دراسة تجريبية لتسوية المجالات في السوائل اللزوجية الرقيقة القص. الهدف من هذه الدراسة التجريبية هو فهم تأثير مرونة السوائل، ترقق القص وحصر الجدران على سرعة تسوية الجسيمات الكروية في السوائل اللزوجة ترقق القص. تركز هذه الورقة على الطرق التجريبية المستخدمة في هذه الدراسة جنبا إلى جنب مع بعض النتائج التمثيلية. ويمكن الاطلاع على النتائج التفصيلية جنبا إلى جنب مع التحليلات في منشور سابق43.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of the reagent / equipment</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalogue number</td>
			<td>Comments </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass Microspheres</td>
			<td>Whitehouse Scientific</td>
			<td>#GP1750</td>
			<td>Available in different sieve fractions.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rheometer</td>
			<td>TA Instruments</td>
			<td>ARES</td>
			<td>Any standard rheometer capable of taking dynamic and static measurements</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anionic Surfactant (Component A)</td>
			<td></td>
			<td>Proprietary fluid</td>
			<td>Used in oil field services for hydraulic fracturing. Sodium Xylene Sulfonate can be used as a substitute.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cationic Surfactant (Component B)</td>
			<td></td>
			<td>Proprietary fluid</td>
			<td>Used in oil field services for hydraulic fractuing. N,N,N-Trimethyl-1-Octadecamonium Chloride can be used as a substitute.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

experimental measurement of settling velocity of spherical particles in unconfined and confined surfactant-based shear thinning viscoelastic fluids

يتم إجراء دراسة تجريبية لقياس سرعات التسوية الطرفية للجسيمات الكروية في سوائل ترقق القص القائمة على السطح (VES). يتم إجراء القياسات للجسيمات التي تستقر في السوائل والسوائل غير المقيدة بين الجدران المتوازية. يتم إعداد سوائل VES على مجموعة واسعة من الخصائص الريولوجية وتتميز rheologically. وينطوي الوصف الريولوجي على قياسات ثابتة ل لزوجة القص والتذبذب الديناميكي لقياس الخصائص اللزجة والمرنة على التوالي. يتم قياس سرعات التسوية في ظل ظروف غير محدودة في الأكواب التي يبلغ قطرها 25 ضعف قطر الجسيمات على الأقل. لقياس سرعات التسوية بين الجدران المتوازية ، يتم بناء خلية تجريبية ذات تباعد جدار مختلف. يتم إسقاط الجسيمات الكروية ذات الأحجام المختلفة بلطف في السوائل ويسمح لها بالاستقرار. يتم تسجيل العملية بكاميرا فيديو عالية الدقة ويتم تسجيل مسار الجسيم باستخدام برنامج تحليل الصور. يتم حساب سرعات تسوية المحطة الطرفية من البيانات.
يتم قياس تأثير المرونة على سرعة التسوية في السوائل غير المقيدة كميا من خلال مقارنة سرعة التسوية التجريبية بسرعة التسوية المحسوبة من خلال تنبؤات السحب غير المرنة ل رينو وآخرين. 1 تظهر النتائج أن مرونة السوائل يمكن أن تزيد أو تقلل من سرعة التسوية. حجم الانخفاض / الزيادة هو وظيفة من الخصائص الريولوجية للسوائل وخصائص الجسيمات. ويلاحظ أن الجدران المحصورة تسبب أثرا للتخلف في الاستقرار ويقاس التخلف من حيث عوامل الجدار.

يتم إجراء التجارب لخمسة جزيئات قطرها مختلفة في سبعة مخاليط السوائل المختلفة مع القيم الفريدة K، ن و λ. ويبين الشكل 1 سرعة التسوية كدالة القطر الجسيمات في سائل واحد. تظهر أشرطة الخطأ التباين في القياسات الثلاثة. درجة حرارة الغرفة التي تم قياسها خلال التجربة هي 23 <span styl...

Watch this Scientific Journal Video about Experimental Measurement of Settling Velocity of Spherical Particles in Unconfined and Confined Surfactant-based Shear Thinning Viscoelastic Fluids at JoVE.co

Experimental Measurement of Settling Velocity of Spherical Particles in Unconfined and Confined Surfactant-based Shear Thinning Viscoelastic Fluids

توضح هذه الورقة الإجراء التجريبي لقياس سرعات التسوية الطرفية للجسيمات الكروية في سوائل رقيقة من القص القائمة على السطح. يتم إعداد السوائل على مدى مجموعة واسعة من الخصائص الريولوجية ويتم قياس سرعات التسوية لمجموعة من أحجام الجسيمات في السوائل والسوائل غير المقيدة بين الجدران المتوازية.

القياس التجريبي لسرعة تسوية الجسيمات الكروية في السوائل اللزوجة غير المحصورة والمقيدة بالتخلص من السطحي

An experimental study is performed to measure the terminal settling velocities of spherical particles in surfactant based shear thinning viscoelastic ...

experimental-measurement-settling-velocity-spherical-particles

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Engineering

Physics

Civil Engineering

Unit 1

Fluid Statics

Application of Newton's Laws of Motion

SCIENTISTS IN ACTION

13.2K Views.  The University of Texas at Austin. توضح هذه الورقة الإجراء التجريبي لقياس سرعات التسوية الطرفية للجسيمات الكروية في سوائل رقيقة من القص القائمة على السطح. يتم إعداد السوائل على مدى مجموعة واسعة من الخصائص الريولوجية ويتم قياس سرعات التسوية لمجموعة من أحجام الجسيمات في السوائل والسوائل غير المق...

Video: Experimental Measurement of Settling Velocity of Spherical Particles in Unconfined and Confined Surfactant-based Shear Thinning Viscoelastic Fluids

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from the inherent strong electron correlations that reside within them. These materials can also possess electronic phase separation in which regions of vastly different resistive and magnetic behavior can coexist within a single crystal alloy material. By reducing the scale of these materials to length scales at and below the inherent size of the electronic domains, novel behaviors can be exposed. Because of this and the fact that spin-charge-lattice-orbital order parameters each involve correlation lengths, spatially reducing these materials for transport measurements is a critical step in understanding the fundamental physics that drives complex behaviors. These materials also offer great potential to become the next generation of electronic devices 1-3. Thus, the fabrication of low dimensional nano- or micro-structures is extremely important to achieve new functionality. This involves multiple controllable processes from high quality thin film growth to accurate electronic property characterization. Here, we present fabrication protocols of high quality microstructures for complex oxide manganite devices. Detailed descriptions and required equipment of thin film growth, photo-lithography, and wire-bonding are presented.

We describe the use of pulsed laser deposition (PLD), photolithography and wire-bonding techniques to create micrometer scale complex oxides devices. The PLD is utilized to grow epitaxial thin films. Photolithography and wire-bonding techniques are introduced to create practical devices for measurement purposes.

تلفيق من أكاسيد مجمع المحصورة مكانيا

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from ...

Ultrasound Velocity Measurement in a Liquid Metal Electrode

A growing number of electrochemical technologies depend on fluid flow, and often that fluid is opaque. Measuring the flow of an opaque fluid is inherently more difficult than measuring the flow of a transparent fluid, since optical methods are not applicable. Ultrasound can be used to measure the velocity of an opaque fluid, not only at isolated points, but at hundreds or thousands of points arrayed along lines, with good temporal resolution. When applied to a liquid metal electrode, ultrasound velocimetry involves additional challenges: high temperature, chemical activity, and electrical conductivity. Here we describe the experimental apparatus and methods that overcome these challenges and allow the measurement of flow in a liquid metal electrode, as it conducts current, at operating temperature. Temperature is regulated within &#177;2 &#176;C using a Proportional-Integral-Derivative (PID) controller that powers a custom-built furnace. Chemical activity is managed by choosing vessel materials carefully and enclosing the experimental setup in an argon-filled glovebox. Finally, unintended electrical paths are carefully prevented. An automated system logs control settings and experimental measurements, using hardware trigger signals to synchronize devices. This apparatus and these methods can produce measurements that are impossible with other techniques, and allow optimization and control of electrochemical technologies like liquid metal batteries.

Ultrasound velocimetry is used to study mixing by fluid flow in liquid metal electrodes. The focus of this manuscript is to illustrate the methods used for making precise, spatially-resolved ultrasound measurements while limiting oxidation and controlling and monitoring temperature, applied current, and the heater power being supplied.

الموجات فوق الصوتية قياس السرعة في المعدن السائل الكهربائي

A growing number of electrochemical technologies depend on fluid flow, and often that fluid is opaque. Measuring the flow of an opaque fluid is inherently ...

Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their behavior for single stages of a process or even an entire process. For the simulation with occurring particle-particle and particle-wall contacts, the value of the coefficient of restitution is required. It can be determined experimentally. The coefficient of restitution depends on several parameters like the impact velocity. Especially for fine particles the impact velocity depends on the air pressure and under atmospheric pressure high impact velocities cannot be reached. For this, a new experimental setup for free-fall tests under vacuum conditions is developed. The coefficient of restitution is determined with the impact and rebound velocity which are detected by a high-speed camera. To not hinder the view, the vacuum chamber is made of glass. Also a new release mechanism to drop one single particle under vacuum conditions is constructed. Due to that, all properties of the particle can be characterized beforehand.

The coefficient of restitution is a parameter that describes the loss of kinetic energy during collision. Here, a free-fall setup under vacuum conditions is developed to be able to determine the coefficient of restitution parameter for particles in micrometer range with high impact velocities.

وضع الإعداد التجريبية لقياس معامل الرد تحت ظروف الفراغ

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film synthesis) for the purpose of exploratory materials research. Certain materials pose a challenge wherein the traditional bulk Hall bar device fabrication method is insufficient to produce a measureable device for sample transport measurement, principally because the single crystal size is too small to attach wire leads to the sample in a Hall bar configuration. This can be, for example, because the first batch of a new material synthesized yields very small single crystals or because flakes of samples of one to very few monolayers are desired. In order to enable rapid characterization of materials that may be carried out in parallel with improvements to their growth methodology, a method of device fabrication for very small samples has been devised to permit the characterization of novel materials as soon as a preliminary batch has been produced. A slight variation of this methodology is applicable to producing devices using exfoliated samples of two-dimensional materials such as graphene, hexagonal boron nitride (hBN), and transition metal dichalcogenides (TMDs), as well as multilayer heterostructures of such materials. Here we present detailed protocols for the experimental device fabrication of fragments and flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate and subsequent measurement in a commercial superconducting magnet, dry helium close-cycle cryostat magnetotransport system at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

We describe the methodology of mechanical exfoliation and deposition of flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate, fabrication of experimental device structures for transport experimentation, and the magnetotransport measurement in a dry helium close-cycle cryostat at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

طرق التجريبية المتقدمة لدرجات الحرارة المنخفضة Magnetotransport قياس المواد الجديدة

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor compression based cooling process. Nickel-Titanium (Ni-Ti) based alloy systems, especially, show large elastocaloric effects. Furthermore, exhibit large latent heats which is a necessary material property for the development of an efficient solid-state based cooling process. A scientific test rig has been designed to investigate these processes and the elastocaloric effects in SMAs. The realized test rig enables independent control of an SMA&#39;s mechanical loading and unloading cycles, as well as conductive heat transfer between SMA cooling elements and a heat source/sink. The test rig is equipped with a comprehensive monitoring system capable of synchronized measurements of mechanical and thermal parameters. In addition to determining the process-dependent mechanical work, the system also enables measurement of thermal caloric aspects of the elastocaloric cooling effect through use of a high-performance infrared camera. This combination is of particular interest, because it allows illustrations of localization and rate effects &#8212; both important for efficient heat transfer from the medium to be cooled.
The work presented describes an experimental method to identify elastocaloric material properties in different materials and sample geometries. Furthermore, the test rig is used to investigate different cooling process variations. The introduced analysis methods enable a differentiated consideration of material, process and related boundary condition influences on the process efficiency. The comparison of the experimental data with the simulation results (of a thermomechanically coupled finite element model) allows for better understanding of the underlying physics of the elastocaloric effect. In addition, the experimental results, as well as the findings based on the simulation results, are used to improve the material properties.

Experimental methods for investigation of solid state cooling processes and characterization of elastocaloric material properties of Shape Memory Alloys (SMA) are presented. A custom-built test rig has been designed for controlling and comprehensive monitoring of elastocaloric cooling processes. Furthermore, it provides a validation platform for thermomechanically coupled modeling approaches.

طرق تجريبية لElastocaloric عمليات التبريد التحقيق في ذاكرة الشكل وبناء ونموذج التحقق من صحة

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly scattered dielectric microparticles adhered to a glass substrate are momentarily detached using ultrasonic vibrations generated by a piezoelectric transducer (PZT). Then, the optical beam focused on a selected particle lifts it up to the optical trap while the vibrationally excited microparticles fall back to the substrate. A particle may be trapped at the nominal focus of the trapping beam or at a position above the focus (referred to here as the levitation position) where gravity provides the restoring force. After the measurement, the trapped particle can be placed at a desired position on the substrate in a controlled manner. 
In this protocol, an experimental procedure for selective optical trap loading in air is outlined. First, the experimental setup is briefly introduced. Second, the design and fabrication of a PZT holder and a sample enclosure are illustrated in detail. The optical trap loading of a selected microparticle is then demonstrated with step-by-step instructions including sample preparation, launching into the trap, and use of electrostatic force to excite particle motion in the trap and measure charge. Finally, we present recorded particle trajectories of Brownian and ballistic motions of a trapped microparticle in air. These trajectories can be used to measure stiffness or to verify optical alignment through time domain and frequency domain analysis. Selective trap loading enables optical tweezers to track a particle and its changes over repeated trap loadings in a reversible manner, thereby enabling studies of particle-surface interaction.

A protocol for launching and stably trapping selected dielectric microparticles in air is presented.

فخ تحميل البصري للعازل المجهرية الدقيقة في الهواء

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

The Diffusion of Passive Tracers in Laminar Shear Flow

A simple method to experimentally observe and measure the dispersion of a passive tracer in a laminar fluid flow is described. The method consists of first injecting fluorescent dye directly into a pipe filled with distilled water and allowing it to diffuse across the cross-section of the pipe to obtain a uniformly distributed initial condition. Following this period, the laminar flow is activated with a programmable syringe pump to observe the competition of advection and diffusion of the tracer through the pipe. Asymmetries in the tracer distribution are studied and correlations between the pipe cross-section and the shape of the distribution is shown: thin channels (aspect ratio &#60;&#60; 1) produce tracers arriving with sharp fronts and tapering tails (front-loaded distributions), while thick channels (aspect ratio ~1) present the opposite behavior (back-loaded distributions). The experimental procedure is applied to capillary tubes of various geometries and is particularly relevant to microfluidic applications by dynamical similarity.

A protocol for the study of the diffusion of passive tracers in laminar pressure-driven flow is presented. The procedure is applicable to various capillary pipe geometries.

نشر تتبع الكامن في التدفق الصفحي القص

A simple method to experimentally observe and measure the dispersion of a passive tracer in a laminar fluid flow is described. The method consists of ...

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

We demonstrate the use of two nuclear-based analytical methods that can follow the modifications of microstructural arrangement of iron-based metallic glasses (MGs). Despite their amorphous nature, the identification of hyperfine interactions unveils faint structural modifications. For this purpose, we have employed two techniques that utilize nuclear resonance among nuclear levels of a stable 57Fe isotope, namely M&#246;ssbauer spectrometry and nuclear forward scattering (NFS) of synchrotron radiation. The effects of heat treatment upon (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 MG are discussed using the results of ex situ and in situ experiments, respectively. As both methods are sensitive to hyperfine interactions, information on structural arrangement as well as on magnetic microstructure is readily available. M&#246;ssbauer spectrometry performed ex situ describes how the structural arrangement and magnetic microstructure appears at room temperature after the annealing under certain conditions (temperature, time), and thus this technique inspects steady states. On the other hand, NFS data are recorded in situ during dynamically changing temperature and NFS examines transient states. The use of both techniques provides complementary information. In general, they can be applied to any suitable system in which it is important to know its steady state but also transient states.

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

Here, we present a protocol to describe ex situ and in situ investigations of structural transformations in metallic glasses. We employed nuclear-based analytical methods which inspect hyperfine interactions. We demonstrate the applicability of M&#246;ssbauer spectrometry and nuclear forward scattering of synchrotron radiation during temperature-driven experiments.

أساليب الموقع السابقين والتحقيق في عين المكان للتحولات الهيكلية: حالة بلورة نظارات معدنية

We demonstrate the use of two nuclear-based analytical methods that can follow the modifications of microstructural arrangement of iron-based metallic ...

Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of data that can be obtained from an individual sample and renders it difficult to produce statistically relevant data for unique and rare materials. Resonant cavity dielectric spectroscopy is a non-destructive, contactless technique which can simultaneously interrogate both sides of a sheeted material and provide measurements which are suitable for statistical interpretations. This offers analysts the ability to quickly discriminate between sheeted materials based on composition and storage history. In this methodology article, we demonstrate how contactless resonant cavity dielectric spectroscopy may be used to differentiate between paper analytes of varying fiber species compositions, to determine the relative age of the paper, and to detect and quantify the amount of post-consumer waste (PCW) recycled fiber content in manufactured office paper.

A protocol for the non-destructive analysis of the fiber content and relative age of paper.

تطوير الأسلوب للحصول علي تماس الرنانة تجويف الرنين عازله الدراسات الطيفية للورق السليوليك

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of ...

Measurement of Chladni Mode Shapes with an Optical Lever Method

Quantitatively determining the Chladni pattern of an elastic plate is of great interest in both physical science and engineering applications. In this paper, a method of measuring mode shapes of a vibrating plate based on an optical lever method is proposed. Three circular acrylic plates were employed in the measurement under different center harmonic excitations. Different from a traditional method, only an ordinary laser pen and a light screen made of ground glass are employed in this novel approach. The approach is as follows: the laser pen projects a beam to the vibrating plate perpendicularly, and then the beam is reflected to the light screen in the distance, on which a line segment made of the reflected spot is formed. Due to the principle of vision persistence, the light spot could be read as a bright straight line. The relationship between the slope of the mode shape, length of the light spot and the distance of the vibrating plate and the light screen can be obtained with algebraic operations. Then the mode shape can be determined by integrating the slope distribution with suitable boundary conditions. The full-field mode shapes of Chladni plate could also be determined further in such a simple way.

A simple method of measuring the Chladni mode shape on an elastic plate by the principle of an optical lever is proposed.

قياس أشكال وضع Chladni باستخدام طريقة ذراع بصرية

Quantitatively determining the Chladni pattern of an elastic plate is of great interest in both physical science and engineering applications. In this ...