Die Autoren bedanken sich bei der Kommission für Technologie und Innovation (KTI, Schweiz) für die finanzielle Unterstützung (Nr 13.236,1 PFFLI-LS) zu danken.

Die Untersuchungen wurden mit einem Pipe Pumpenaufbau (Figu erneut 2), die mechanische Belastung Experimente bei Flussraten von bis zu 60 L ermöglicht min -1 und Druckabfälle bis zu 2 bar durchgeführt werden. Wie in Fig u re 2 Der Versuchsaufbau ist aus dem Lagerbehälter, der Pumpschaltung und der Ausrüstung für die Inline-Endoskopie-Technik zusammen. Das Laufrad der Speicherbehälter nur verwendet wurde, um das Tensid zu vermischen. Peripherieelemente wurden in dem geschlossenen Kreislauf integriert ist, um die Strömungsgeschwindigkeit v und der Druckabfall P an unterschiedlichen Pumpeneinstellungen zu überwachen. Die Untersuchungen wurden mit Hilfe des Handrades Ventil variiert. 1. Versuchsaufbau <ol><li> Sicherzustellen, dass der Bioreaktor (D = 0,15 m, H / D = 2,2) mit einem Laufrad für die Auflösung des surfacta ausgestattetent und sicherstellen, dass das Einlassrohr taucht in das Fluid, um ein eintretendes Gas zu vermeiden. </li><li> Rüsten Sie die Pumpe Schleife mit einer Spritze Port, der untersucht Pumpe, einem Clamp-On-Durchflussmesser, einen Einweg-Drucksensor und einem Handrad Ventil. Nach Anschluss der Pumpe Schleife in den Vorratsbehälter, schließen Sie den Pumpenkopf mit dem Motor und bereiten die Endoskopsonde. </li><li> Montieren Sie den veränderbaren Reflexionsebene, ein Rhodium Spiegel in diesem Fall an der Sondenspitze und den Abstand zwischen Spiegel und Linse bis 150 um. Stellen Sie die Schraube bei 100 &amp; mgr; m, um die Schärfe des Objektivs zu konzentrieren. </li><li> Verbinden die Sonde am Stroboskop über ein faseroptisches Kabel und der Kamera des Endoskops an den Computer über ein Ethernet-Kabel. Dann schließen Sie die Kamera und das Stroboskop zusammen über einen Trigger-box-Kabel. </li><li> Starten Sie den Computer und öffnen Sie die Hersteller-Software zur Verfügung gestellt, das eine Bildaufnahme und Erkennungssoftware sowie Folge-Analysator-Software enthält. </li><li> Wählen Sie die Bildaufnahme-Software in das Hauptmenü. </li><li> Klicken Sie auf die Schaltfläche &quot;Detect-Gerät&quot; in der oberen linken Ecke des Bildschirms, um die Kamera zu erkennen. </li><li> Wählen Sie unter &quot;Verzeichniseinstellungen&quot; wählen Sie den Speicherort auf dem Computer zum Speichern von Bildern und aktivieren Sie den Befehl &quot;Create Trigger Unterordner&quot;. </li><li> Geben Sie die Prozessparameter im Abschnitt &quot;Trigger-Modus: Betriebsbereit&quot;. Bildfrequenz: 7,5 Hz Bilder pro Trigger: 50 Anzahl der Trigger: 60 Trigger-Intervall: 60 s </li><li> Nach Abschluss der Vorarbeiten, gießen 5 L VE-Wasser in den Vorratsbehälter und schalten Sie die Pumpe, die Pumpe und die Pumpe Schleife zu füllen. </li><li> Schalten Sie die Pumpe und fügen Sie 0,9 ml Tensid (c Tensid = 0,18 ml L -1, ρ Tensid, 20 ° C = 1,070 kg m -3, kritische Micellenkonzentration (CMC): ω cmc0; ≈ 0,018 ml L -1, ω Tensid ≈ 10 · ω CMC) mit einer 10 ml Pipette unter Rühren. Nach 10 min das Tensid vollständig aufgelöst ist. </li><li> Schalten Sie das Laufrad und schalten Sie die Pumpe. Positionieren die Endoskopsonde, so dass die Linse direkt unterhalb des Einlaßrohres befindet. </li><li> Stellen Sie die Durchflussrate von 3,4 L min -1 und den Druckabfall von 0,03, 0,3 oder 0,61 bar durch Variation der Laufraddrehzahl und die Hand-Rad-Ventil. </li><li> Wiegen 6,3 g Öl direkt in die Spritze (β Öl = 1,26 g L -1, ρ Öl, 20 ° C = 989,5 kg m -3). </li><li> Starten Sie die Bildaufnahme-Software und fügen Sie das Öl über die Spritze Port. Die Laufpumpe verteilt die Emulsionstropfen. </li><li> Nach 1 Stunde, schliessen Sie die Schubspannung Untersuchung und reinigen Sie die Inline-Endoskop sowie dem Bioreaktormit der integrierten Pumpe Schleife. Anschließend bereiten Sie die Versuchsanordnung für den nächsten Pumpvorgang. </li></ol> 2. Messung und Bildanalyse <ol><li> Öffnen der automatischen Bilderkennungssoftware in das Hauptmenü. </li><li> Unter &quot;Batch-Root-Verzeichnis&quot; wählen Sie den Speicherort auf dem Computer zum Speichern der Dateien (Alle * .csv). </li><li> Wählen Sie die Spalte &quot;Bildsequenz Path&quot; und klicken Sie auf die Schaltfläche &quot;Add Image Series Unterordner&quot; in der linken unteren Ecke des Bildschirms, um das Bild-Serie laden. </li><li> Laden die Verfahrensparameter, die vom Hersteller bereitgestellt werden. Wählen Sie die Spalte &quot;Sucheinstellungen (* .pss oder auftrag _ *. Mat)&quot; und klicken Sie auf die Schaltfläche &quot;Set Search Settings&quot; in der unteren Mitte des Bildschirms, um Prozessparameter, um die Tropfen Anerkennung geben zu laden. </li><li> Wählen Sie die Spalte &quot;Suchmuster (* .psp oder F _ *. Mat) und klicken Sie auf die Schaltfläche&quot; Set Search Pattern &quot;in der unteren rechten Ecke des Bildschirms, um die Prozessparameter, um die Drop-Analyse festlegen zu laden. </li><li> Starten Sie die Bilderkennung durch Klicken auf die Schaltfläche &quot;Start Batch&quot;. </li><li> Nach Abschluss der Bilderkennung, ausdrücklich die erfassten Tropfengrößen von der Sauter-Durchmesser (d 32), oder jede andere repräsentative Mittelwert oder Verteilung der Wahl unter Verwendung des Ergebnisses Analysator-Software. </li><li> Öffnen Sie das Ergebnis Analysator-Software in das Hauptmenü. </li><li> Aktivieren Sie den Befehl &quot;alle * .csv in 1 Folder&quot;, und klicken Sie auf die Schaltfläche &quot;Load Folder (n)&quot; in der oberen linken Ecke des Bildschirms, um die zuvor gespeicherte alle * .csv-Datei zu laden. </li><li> Wählen Sie den entsprechenden Wert (zB Sauter-Durchmesser) in der Dropdown-Liste in der oberen Mitte des Bildschirms, um die Ergebnisse zu visualisieren. Für die Berechnung des Durchmessers geben die Skalierung 0,6591 &amp; mgr; m Pixel -1 auf der rechten Seite, die vom Hersteller bereitgestellt wird,. </li></ol><img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig2.jpg" /> Abbildung 2. Versuchsaufbau Pumpenschaltung zur Pumpe verrohrt Setup mit Inline-Endoskopie als der Messtechnik:. (1) Vorratsbehälter, (2) Spritze Hafen, (3) Pumpe (4) Drucksensor (5) Durchflusssensor, ( 6) Stroboskop (7) Computer mit dem Hersteller bereitgestellte Software und (8) Endoskopsonde. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig2highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

<ol>
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Des. 87 (4), 565-572 (2009).</li><li>Maa&#223;, S., Metz, F., Rehm, T., Kraume, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prediction+of+drop+sizes+for+liquid/liquid+systems+in+stirred+slim+reactors+-+Part+I:+Single+stage+impellers.">Prediction of drop sizes for liquid/liquid systems in stirred slim reactors - Part I: Single stage impellers.</a> Chem. Eng. 162 (2), 792-801 (2010).</li></ol>

Wolfgang Dornfeld und Reto Schöb sind Mitarbeiter von Levitronix, Ltd., Hersteller der MagLev Kreiselpumpen.

Das Ziel des Protokolls ist es, die Eignung der inline Endoskopie Technik zur Tropfengrößenmessung in Pumpprozessen zeigen. Hierzu Tropfengrößen eines Öl-Wasser-Emulsionssystems wurden bestimmt und eine gemessene mittlere Sauter-Durchmesser wurde berechnet, charakterisieren die mechanische Belastung des MagLev Kreiselpumpen sowie wie ihre Gegenstücke, eine peristaltische und einer 4-Kolben-Membranpumpe. Die Ergebnisse zeigten, niedrige Variation der gemessenen mittleren Sauter-Durchmesser, die von Standardabweichungen von weniger als 15% beziffert wurden, was darauf hinweist, dass die Tropfengrößen sind zuverlässig und genau gemessen. Als Folge könnte der gemessenen mittleren Durchmesser nach Sauter erfolgreich als Vergleichskriterium verwendet, um die mechanische Belastung der Pumpen sucht bewerten. Die MagLev Kreiselpumpen ergab größere gemessen Sauter mittleren Durchmessern, was auf geringere mechanische Spannungen auf Emulsionstropfen im Vergleich zu den Schlauch und 4-Kolben-Membranpumpen. Im Gestüties bis heute hat inline Endoskopie wurde gezeigt, dass eine robuste und einfache Technik für eine zuverlässige Tropfengrößenmessung 1,6,12-14,20-21, die ebenfalls in dieser Studie bestätigt werden. Im Vergleich zu alternativen Messtechniken, wie der optischen Faser FBR Sensor, dem FBRM und die 2D-ORM Technik wird das Endoskop Technik kann als das Standardverfahren für den Erhalt von genauen Daten in Flüssig / Flüssig-Anwendungen 12,14 verwendet werden. Die einfache Handhabung des Inline Endoskopie und die einfache Herstellung der nicht-biologisches Öl-Wasser-Emulsionssystem ermöglicht ein einfaches Verfahren zur Tropfengrößenerkennungen gemß dem Protokoll Text (siehe oben). Dennoch sollte darauf hingewiesen werden, dass die Position des Endoskopsonde ist abhängig von der Fluidströmung in den Speicherbehälter. Weitere Untersuchungen (Daten nicht gezeigt) haben ergeben, dass das Objektiv der Sonde sollte direkt unterhalb der Einleitungsrohr für geringere Durchflussmengen bis zu 5 L min angeordnet sein -1um eine Mehrfacherkennung von einem Tropfen 19 zu vermeiden. Für scharfe Bilder bei Flussraten über 5 L min -1, ist es empfehlenswert, die Sonde mindestens 10 cm entfernt von dem Einlaßrohr zu positionieren. Prozessparametern unabhängig, sollte der Halter des Inline Endoskopie stabil sein, um eine Verschiebung der Sonde, die zu unscharfen Bildern führen können, zu vermeiden. Ferner sollte besonders beachtet werden, dass die Tropfengröße erfasst wird, nahe an der unteren Nachweisgrenze der angewandten Foto-optische System, wobei die minimale erfassbare Tropfendurchmesser beträgt 6,5 &amp; mgr; m sein. Wie der Hersteller bereitgestellte Software wurde verbessert, kann inline Endoskopietechniken zuverlässig erkennen eine minimale Tropfengröße von 1 &amp; mgr; m. Darüber hinaus wird die Bildverarbeitung weiterentwickelt, um die Online-Überwachung von industriellen Anwendungen zu ermöglichen. Während die vorliegende Studie konzentrierte sich auf relativ niedrigen Durchflussraten von bis zu 3,4 L<html> 60; min -1, sollten künftige Studien ein breiteres Spektrum von Betriebsbedingungen zu prüfen. Erste Untersuchungen wurden bei Durchflussraten von bis zu 20 L min -1 durchgeführt (Daten nicht gezeigt). Jedoch eine 1: 2-Verdünnung (c Tensid = 0,09 ml L -1, c Öl = 0,64 ml L -1) des Öl-Wasser-Emulsionssystem mit Durchflussraten über 10 L empfohlen min -1 19, wie erhöhte Drop Auflösung durch höhere mechanische Belastung sonst beeinflussen Tropfenerfassung und zur Verringerung der Anzahl der Tropfen festgestellt. Tests wurden mit einem 1: 2 ausgeführt Verdünnung und im Vergleich mit Ergebnissen von unverdünntem Öl-Wasser-Emulsionssystems. Für beide Ansätze, der Sauter-Durchmesser wurden verlässlich bestimmt (Standardabweichung von weniger als 5%). Daher reduzierte Volumenanteil: hat (1 2 Verdünnung) keinen Einfluss auf die gemessene mittlere Sauter-Durchmesser und damit eine Drop-Drop Auseinanderbrechen war vernachlässigbar. nt &quot;&gt; Diese leistungsstarke experimentelle Ansätze bieten eine gute Grundlage für die Verbesserung der Endoskopietechnik sowie der damit verbundenen Bildaufnahme, Anerkennung und Ergebnis Analysator-Software. Darüber hinaus ist die Eignung des Endoskopie-Technik zur Pumpentypen und Serie zu klassifizieren nach ihrer mechanischen Stress wurde erfolgreich gezeigt. Die erhaltenen Ergebnisse sind für Pumpendesign Entwicklung und Optimierung von Pumpen, um Zellschäden zu reduzieren.

Die Pumpen werden verwendet, um Zellkulturen in der pharmazeutischen und biotechnologischen Industrie zu übertragen. Während des Pumpvorgangs, können mechanische Belastung in irreversible Zellschäden, die die Menge und die Qualität des Produkts 1-4 beeinträchtigen könnten zur Folge haben. Die Höhe der mechanischen Belastung abhängig von den Einstellungen Pumpentyp und Pumpe, wie in früheren Studien gezeigt 5-6. Üblicherweise werden Schlauchsystem, Spritze, Membranpumpen zum Einmalgebrauch (SU) Technologie basierten Anwendungen verwendet. Diese Pumpen führen zu hohen durch die Kompression des Pumpschlauches und der pulsierende Strömung 7 verursacht lokale Scherkräfte. Um diese Nachteile, magnetgelagerten Kreiselpumpen (MagLev Kreiselpumpen) zu überwinden, stellen eine vielversprechende Alternative. Der Motor magnetisch, um enge Spalten zwischen Laufrad und Pumpengehäuse (1) zu vermeiden, angetrieben. In einer früheren Studie untersuchten die MagLev KreiselPumpen und zeigten geringere mechanische Spannung in Chinese Hamster Ovary (CHO) -Zellen, verglichen mit peristaltischer und 4-Kolbenmembranpumpen 5. Zusätzlich Hämolyse Analysen zeigten keine signifikante Bluttrauma und Thrombusbildung über einen Bereich von Betriebsbedingungen mit Hilfe dieser Pumpen 8-11. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verwendung dieser speziell für Pumpen gilt weniger mechanische Belastung auf biologische Systeme im Vergleich zu Schlauch und Membranpumpen. Um die mechanische Belastung begrenzt mit experimentellen Aufwand zu untersuchen, wird ein Öl-Wasser-Emulsion Modellsystem aufgrund seiner Wirtschaftlichkeit (ca. 99,8%) und zeit reduziert (ca. 99,5%) Anwendung im Vergleich zu biologischen Zellkultur-Systeme empfohlen. Wie Drop Auseinanderbrechen der Öl-Wasser-Emulsionssystem ist eine Funktion der mechanischen Beanspruchung, Tropfengrößen müssen über die Versuchsdauer von Schubspannung Untersuchungen gezählt werden. Viele Techniken zur Dimensionierung Tropfen zur Verfügung stehen, which kann in Ton, Laser und Foto basierte Techniken 12 aufgeteilt werden. Insbesondere die Verwendung der photooptische Sonde inline Endoskopie zeigt fast identische Tropfengrößen für manuelle und automatische Erkennungen (Standardabweichung unter 10%) und ermöglicht eine Detektion von 250 Tropfen pro Minute 13. Wegen ihrer Genauigkeit und Zuverlässigkeit, Endoskop Technik wurde gezeigt, dass eine effektive Standardmessverfahren für die Tropfengrößenverteilungen in flüssig / flüssig-Dispersionen, wenn sie mit anderen häufig verwendeten Sonden (zB optische Faser-Vorwärts-Rückwärts-Verhältnis (FBR) Sensor gegen , fokussierten Strahlreflexionsverfahren (FBRM) und die zweidimensionale optische Reflexionsmesstechnik (2D-ORM)) 12,14. Außerdem ist die Eignung der inline Endoskopie zur Messung Tropfengrößen in einem Rührgefäß wurde mehrmals in früheren Untersuchungen 15-18 demonstriert. Auf der Grundlage einer vorherigen Studie 6, beschreibt dieses Protokolldie Verwendung von Inline-Endoskopie zur Tropfengrößen bestimmen (Sauter-Durchmesser) einer Öl-Wasser-Emulsionssystem in Pumpen. Der Sauter-Durchmesser wurde als Vergleichskriterium, um die mechanische Beanspruchung der Multi-Use (MU) MagLev Kreiselpumpen, eine peristaltische und einer Einweg (SU) 4-Kolben-Membranpumpe abzuschätzen. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig1.jpg" /> Abbildung 1. Magnetgelagerte Zentrifugalpumpe-System. (A) Das Prinzip eines lagerlosen Motors und (B) der PuraLev 200mu werden als Beispiel gezeigt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig1highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>CCD camera</td>
			<td>Allied Vision Technologies GmbH</td>
			<td>GX2750</td>
			<td>Equipment for inline endoscopy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C-Flex Biopharmaceutical Tubing</td>
			<td>Saint-Gobain Performance Plastics</td>
			<td>374-375-4</td>
			<td>Tube 
			Select a tubing length of about 45 cm 
			before the pump.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C-Flex Biopharmaceutical Tubing</td>
			<td>Saint-Gobain Performance Plastics</td>
			<td>374-375-3</td>
			<td>Tube 
			Select a tubing length of about 45 cm after the pump and clamp on the flow sensor to this tubing.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CLAVE Connector</td>
			<td>Victus</td>
			<td>011-C2000</td>
			<td>Sampling port</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Controller LPC-200.1-02</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-30030</td>
			<td>PuraLev 200MU controller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Controller LPC-600.1-02</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-30033</td>
			<td>PuraLev 600MU controller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LeviFlow Clamp-On Sensor LFSC-12</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-30329</td>
			<td>Flow sensor for flow rates below 5 L min-1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LeviFlow Converter LFC-1C-CS</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-30328</td>
			<td>Flow sensor output device&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Masterflex I/P Easy Load</td>
			<td>Fisher Scientific AG</td>
			<td>EW-77963-10</td>
			<td>Peristaltic pump</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mitos free flow valve</td>
			<td>Parker Hannifin Europe S&#224;rl</td>
			<td>FFLQR16S6S6AM</td>
			<td>Valve</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mobil Eal Arctic</td>
			<td>Exxon Mobil Corporation</td>
			<td>Mobil EAL Arctic 22</td>
			<td>Oil 
			Prepare the emulsion directly before 
			the experiment.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motor</td>
			<td>Elektromotorenwerk Brienz AG</td>
			<td>7WAC72N4THTF</td>
			<td>Motor for agitator shaft</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motor BSM-1.4</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-10005</td>
			<td>PuraLev 200MU motor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motor LPM-600.4</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-10038</td>
			<td>PuraLev 600MU motor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Norm-Ject 10 mL Luer Lock</td>
			<td>Restek Corporation</td>
			<td>22775</td>
			<td>Syringe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pump Head LPP-200.5</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-90525</td>
			<td>PuraLev 200MU pump head</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pump Head LPP-600.18</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-90548</td>
			<td>PuraLev 600MU pump head</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quattroflow 1200-SU</td>
			<td>Almatechnik AG</td>
			<td>QF 1200</td>
			<td>4-piston diaphragm pump</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SciPres Sensor</td>
			<td>SciLog</td>
			<td>080-695PSX</td>
			<td>Pressure sensor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SciPres Sensor Monitor</td>
			<td>SciLog</td>
			<td>080-690</td>
			<td>Pressure sensor output device&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SOPAT-VF Inline Endoscopic Probe</td>
			<td>SOPAT GmbH</td>
			<td></td>
			<td>Inline endoscopy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stroboscope</td>
			<td>Drello GmbH &#38; Co KG</td>
			<td>Drelloscop 255-01</td>
			<td>Equipment for inline endoscopy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>X100</td>
			<td>Surfactant 
			Handle with gloves and goggles. 
			(acute toxicity, eye irritation)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a cost-effective and reliable method to predict mechanical stress in single-use and standard pumps

Die Pumpen werden vor allem bei der Übertragung von sterilen Kulturbrühen in der biopharmazeutischen und biotechnologischen Produktionsprozessen. Jedoch wird während des Pumpvorgangs Scherkräfte auftreten, die qualitative und / oder quantitative Produktverlust führen kann. Für die Berechnung der mechanischen Belastung mit begrenzt experimentellen Aufwand wurde ein Öl-Wasser-Emulsionssystem verwendet, deren Eignung für Tropfengröße Erkennungen in Bioreaktoren 1 gezeigt. Wie Drop Auseinanderbrechen der Öl-Wasser-Emulsionssystem ist eine Funktion der mechanischen Beanspruchung, Tropfengrößen müssen über die Versuchsdauer von Schubspannung Untersuchungen gezählt werden. In früheren Studien wurde die inline Endoskopie wurde gezeigt, daß eine genaue und zuverlässige Messtechnik für die Tropfengrößenerkennungen in flüssig / flüssig-Dispersionen sein. Das Ziel des Protokolls ist es, die Eignung der inline Endoskopie Technik zur Tropfengrößenmessung in Pumpprozessen zeigen. Um die Tropfengröße zu äußern, die Sauter-Durchmesserd 32 wurde als der repräsentative Durchmesser der Tropfen in das Öl-Wasser-Emulsion verwendet. Die Ergebnisse zeigten eine geringe Variation in den mittleren Sauter-Durchmesser, die mit Standardabweichungen von weniger als 15% quantifiziert wurden, was die Zuverlässigkeit der Messtechnik.

Optische Beurteilung Fig u re 3 zeigt die Partikelerkennung Bilder nach einer Pumpzeit von 1 Stunde. Die oberen vier Bilder zeigen die Tropfen vor der Erkennung und die unteren vier Bilder zeigen die von der Erkennungssoftware markiert Tropfen. Die erfassten Tropfen werden mit einem grünen Rand hervorgehoben. Vergleichen der oberen und unteren Bilder zeigen, dass die Tropfenkanten eben vom Bilderkennungssoftware erkannt. Die Bilder auf der linken Seite zeigen die Fallverteilung für die MagLev Kreiselpumpen PuraLev 200mu und PuraLev 600MU, und die auf der rechten Seite zeigen die 4-Kolben-Membran und die Schlauchpumpe. Eine optische Beurteilung erlaubt eine erste Klassifizierung der mechanischen Spannung im Modell Emulsionssystem. Diese ergab, dass größere Tropfengrößen und Unter Tropfen zählt wurden von den MagLev Kreiselpumpen erzeugt im Vergleich zum 4-Kolben MEMBagm und Schlauchpumpe. Folglich sind die MagLev Kreiselpumpen, insbesondere die PuraLev 200mu zeigten reduzierte Drop Bruch, was geringere mechanische Belastungen. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig3.jpg" /> Abbildung 3. Bilder des Inline Endoskopie. Emulsion Tropfen vor (A, B, C, D) und nach (E, F, G, H) Partikelerkennung nach 1 h unter Verwendung von Pumpen (A, E) die PuraLev 200mu ( B, F) die PuraLev 600MU, (C, G) die 4-Kolben-Membranpumpe, und (D, H) der Schlauchpumpe unter identischen Betriebsbedingungen (3.4 L min -1 und 0,03 bar). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig3highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um einen Blick Größere Version der Figur.</a> Sauter michein Durchmesser Weitere Untersuchungen zeigten, Standardabweichungen unter d 32 ± 0,4 um und garantiert reproduzierbare Ergebnisse bei der Verwendung von Inline-Endoskopie 19. Daher wurden mehrere Untersuchungen für diesen Ansatz, der die experimentellen Aufwand zusätzlich reduziert erforderlich. Um die Tropfengröße zu äußern, die Sauter-Durchmesser d 32 (siehe Gl. 1) wurde als Vertreter Durchmesser der Tropfen in der Öl-Wasser-Emulsion für diesen Ansatz verwendet. Im Allgemeinen ist die Sauter-Durchmesser verringert im Laufe der Zeit für alle Pumpentypen und Einstellungen bis zur stationären Zustand 12. Untersuchungen in dieser Studie bestätigt, das Fortschreiten der Sauter-Durchmesser (Bild u re 4A bis D), Kurven der PuraLev 200mu (Bild u re &amp;# 160; 4A) und die peristaltische Pumpe (Fig u re 4D) ist beispielhaft in dieses Protokolls erörtert. Im Gegensatz zu der PuraLev 200mu der Sauter-Durchmesser wurden bis zu 40% kleiner für die Schlauchpumpe bei den gleichen Betriebsbedingungen (Fließgeschwindigkeit = 3,4 L min -1; Druckabfall = 0,03 bar). Infolgedessen führte eine höhere mechanische Spannungen in einem erhöhten Tropfenauseinanderbrechen und damit kleineren Tropfengrößen. Ferner die Sauter-Durchmesser mit zunehmender Druckabfall in der PuraLev 200mu (Fig u re 4A), die die Abhängigkeit der Tropfengröße beim Druckabfall angezeigt. Im Gegensatz dazu zeigten die peristaltische Pumpe einen mittleren Sauter-Durchmesser von d = 10 &amp; mgr; m 32,60min am Ende des Experiments für alle Prozessparameter (Figu re 4D). Daher ist der Sauter-Durchmesser wurde festgestellt, unabhängig von Druckabfall sein. Die Ergebnisse beziehen sich jedoch physikalische Verständnis der Tropfenauseinanderbrechen: mit höherer mechanischer Belastung wurden kleinere Sauter mittleren Durchmessern bestimmt (siehe auch Abb u re 5). Für jeden Messpunkt wurden mindestens 300 Tropfen, um statistische Sicherheit garantieren bestimmt. Die maximale Standardabweichung sank die PuraLev 200mu von d 32,4min ± 42 &amp; mgr; m und für die PuraLev 600MU von d 32,6min ± 21 &amp; mgr; m bis ca. 32 d ± 0,5 &amp; mgr; m am Ende des Pumpvorgangs. Die verringerte Standardabweichung resultiert aus der erhöhten homogene Tropfengrößenverteilung, bis Gleichgewichtszustand erreicht wurde. Im Vergleich to den MagLev Kreiselpumpen zeigten die Peristaltik und 4-Kolben-Membranpumpen Standardabweichungen unter d 32 ± 10 um. <img alt="Gleichung 1" src="/files/ftp_upload/53052/53052eq1.jpg" width="80" /> (1) <img alt="Figur 4" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig4.jpg" /> Abbildung 4. Typische Profile der Sauter-Durchmesser d 32 im Laufe der Zeit und die Bestimmung der gemessenen mittleren Sauter-Durchmesser d 32, m. Vergleich der mittleren Sauter-Durchmesser D 32 (A) für die PuraLev 200mu, (B) für die PuraLev 600MU, (C) für die 4-Kolben-Membranpumpe ist, und (D) für die peristaltische Pumpe. Die Sauter mittleren Durchmessern D 32 wurden bei einer Flussrate von 3,4 L min -1 bestimmt und Druckverluste im Bereich von 0,03 bis 0,61 bar.Die gemessene mittlere Sauter d 32 Durchmesser, wurde m für die letzten 10 min (Grenze) berechnet. Das resultierende Standardabweichung der mittleren Sauter Durchmesser d 32 (N ≥ 300) gezeigt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig4highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> Gemessen Sauter-Durchmesser als Vergleichssystem Wie oben beschrieben, der Sauter-Durchmesser verringert im Laufe der Zeit, bis die Tropfengrößen erreicht stabilen Zustand. In den letzten 10 min der Versuchszeit wird der Mittelwert der mittlere Sauter-Durchmesser wurde berechnet, um die gemessenen Sauter bestimmen mittleren Durchmesser, der als Vergleichskriterium verwendet wurde (siehe Fig Grenze u re 4A bis D). Die gemessenen mittleren Sauter-Durchmesser d 32, M für eine Durchflussrate von 3,4 L &amp; gezeigt# 160; min -1 und einem Druckabfall Bereich 0,03 bis 0,61 bar in Fig u erneut 5. Größere Mess Sauter mittleren Durchmesser wurden für beide MagLev Kreiselpumpen (200mu und 600MU) und der 4-Kolben-Membranpumpe bei niedrigeren Druckabfall und Laufraddrehzahlen bestimmt. Die Schlauchpumpe ergab gemessen Sauter-Durchmessern von d 32, m = 10 &amp; mgr; m für alle Prozessparameter. Wie zuvor erwähnt, waren unabhängig von dem Druckabfall für die Peristaltikpumpe Scherkräfte. Der größte gemessene mittlere Sauter-Durchmesser von d 32, M = 36 &amp; mgr; m für die PuraLev 200mu und d 32, M = 34 &amp; mgr; m für die PuraLev 600MU wurden bei einem Druckabfall von 0,03 bar erreicht. Im Vergleich mit ihren Kollegen, die MagLev Kreiselpumpe Serie erhalten bis zu 59% größer gemessen Sauter-Durchmessern. Diese resultierens ergab eine niedrigere Rate von Tropfen auseinanderbrechen und damit geringere mechanische Belastung aus der Verwendung der Kreiselpumpen entstehen. Die Standardabweichung der gemessenen mittleren Sauter-Durchmesser während des stationären Zustands war unter 15%, was bestätigt, zuverlässige und genaue Werte für die Tropfengrößen. <img alt="Figur 5" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig5.jpg" /> Abbildung 5: Vergleich der gemessenen mittleren Sauter-Durchmesser d 32, m. Gemessen Sauter-Durchmesser für die MagLev Kreiselpumpen und ihre Kollegen bei 3,4 L min -1 und Druckverluste von 0,03, 0,30 und 0,61 bar. Die resultierenden Standardabweichungen der gemessenen mittleren Sauter-Durchmesser d 32, m während des stationären Zustands gezeigt. Abkürzungen <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig5highres.jpg" target="_blank">Ple</a>ase Klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> 2D-ORM </td><td> zweidimensionale optische Reflexionsmessung </td></tr><tr><td> CCD </td><td> Charge-Coupled Device </td></tr><tr><td> CHO </td><td> Ovarzellen des chinesischen Hamsters </td></tr><tr><td> cmc </td><td> kritische Mizellenkonzentration </td></tr><tr><td> FBR </td><td> Vorwärts-Rückwärts-Verhältnis </td></tr><tr><td> FBRM </td><td> fokussierten Strahl Reflexionsverfahren </td></tr><tr><td> MU </td><td> Mehrzweck </td></tr><tr><td> SU </td><td> Einweg </td></tr></tbody></table> Nomenklatur <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td><img alt="V" fo:content-="" src="/files/ftp_upload/53052/V.jpg" width="8
" /></td><td> [M 3 s -1] </td><td> Fließrate </td></tr><tr><td> c </td><td> [M 3 m -3] </td><td> Konzentration </td></tr><tr><td> d 32 </td><td> [M] </td><td> Sauter-Durchmesser </td></tr><tr><td> d 32, m </td><td> [M] </td><td> gemessen Sauter-Durchmesser </td></tr><tr><td> d s </td><td> [M] </td><td> Flächendurchmesser </td></tr><tr><td> d v </td><td> [M] </td><td> Volumendurchmesser </td></tr><tr><td> f </td><td> [Hz] </td><td> Häufigkeit </td></tr><tr><td> n </td><td> [S -1] </td><td> Impellergeschwindigkeit </td></tr><tr><td> N </td><td> [-] </td><td> Anzahl von Tropfen, </td></tr><tr><td> p </td><td> Pa </td><td> Druckabfall </td></tr><tr><td> t </td><td> Sekunde </td><td> Zeit </td></tr><tr><td> β </td><td> [Kg m -3] </td><td> Massenkonzentration </td></tr><tr><td> ρ </td><td> [Kg m -3] </td><td> Dichte </td></tr><tr><td>69; </td><td> [M 3 m -3] </td><td> Massenanteil </td></tr></tbody></table> Tabelle 1. Tabelle der Abkürzungen und Nomenklatur.

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A Cost-effective and Reliable Method to Predict Mechanical Stress in Single-use and Standard Pumps

Shear stress investigations on an oil-water emulsion system result in drop breakup over the experimental time. To count drop sizes in pumping processes, the suitability of inline endoscopy was successfully demonstrated in this protocol.

Eine kostengünstige und zuverlässige Methode, um mechanische Spannung in Einweg-und Standardpumpen Predict

Pumps are mainly used when transferring sterile culture broths in biopharmaceutical and biotechnological production processes. However, during the pumping ...

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Serie: A Cost-effective and Reliable Method to Predict Mechanical Stress in Single-use and Standard Pumps

A Method to Fabricate Disconnected Silver Nanostructures in 3D

The standard nanofabrication toolkit includes techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating metal patterns on a submicron scale requires a combination of nanofabrication tools and several material processing steps. For example, steps to create planar metal structures using ultraviolet photolithography and electron-beam lithography can include sample exposure, sample development, metal deposition, and metal liftoff. To create 3D metal structures, the sequence is repeated multiple times. The complexity and difficulty of stacking and aligning multiple layers limits practical implementations of 3D metal structuring using standard nanofabrication tools. Femtosecond-laser direct-writing has emerged as a pre-eminent technique for 3D nanofabrication.1,2 Femtosecond lasers are frequently used to create 3D patterns in polymers and glasses.3-7 However, 3D metal direct-writing remains a challenge. Here, we describe a method to fabricate silver nanostructures embedded inside a polymer matrix using a femtosecond laser centered at 800 nm. The method enables the fabrication of patterns not feasible using other techniques, such as 3D arrays of disconnected silver voxels.8 Disconnected 3D metal patterns are useful for metamaterials where unit cells are not in contact with each other,9 such as coupled metal dot10,11or coupled metal rod12,13 resonators. Potential applications include negative index metamaterials, invisibility cloaks, and perfect lenses.
In femtosecond-laser direct-writing, the laser wavelength is chosen such that photons are not linearly absorbed in the target medium. When the laser pulse duration is compressed to the femtosecond time scale and the radiation is tightly focused inside the target, the extremely high intensity induces nonlinear absorption. Multiple photons are absorbed simultaneously to cause electronic transitions that lead to material modification within the focused region. Using this approach, one can form structures in the bulk of a material rather than on its surface.
Most work on 3D direct metal writing has focused on creating self-supported metal structures.14-16 The method described here yields sub-micrometer silver structures that do not need to be self-supported because they are embedded inside a matrix. A doped polymer matrix is prepared using a mixture of silver nitrate (AgNO3), polyvinylpyrrolidone (PVP) and water (H2O). Samples are then patterned by irradiation with an 11-MHz femtosecond laser producing 50-fs pulses. During irradiation, photoreduction of silver ions is induced through nonlinear absorption, creating an aggregate of silver nanoparticles in the focal region. Using this approach we create silver patterns embedded in a doped PVP matrix. Adding 3D translation of the sample extends the patterning to three dimensions.

Femtosecond-laser direct-writing is frequently used to create three-dimensional (3D) patterns in polymers and glasses. However, patterning metals in 3D remains a challenge. We describe a method for fabricating silver nanostructures embedded inside a polymer matrix using a femtosecond laser centered at 800 nm.

Ein Verfahren zur Getrennt Silber Nanostrukturen in 3D Fabricate

The standard nanofabrication toolkit includes  techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating  metal patterns on a ...

Forschung

Ingenieurwesen

Micro 3D Printing Using a Digital Projector and its Application in the Study of Soft Materials Mechanics

Buckling is a classical topic in mechanics. While buckling has long been studied as one of the major structural failure modes1, it has recently drawn new attention as a unique mechanism for pattern transformation. Nature is full of such examples where a wealth of exotic patterns are formed through mechanical instability2-5. Inspired by this elegant mechanism, many studies have demonstrated creation and transformation of patterns using soft materials such as elastomers and hydrogels6-11. Swelling gels are of particular interest because they can spontaneously trigger mechanical instability to create various patterns without the need of external force6-10. Recently, we have reported demonstration of full control over buckling pattern of micro-scaled tubular gels using projection micro-stereolithography (P&mu;SL), a three-dimensional (3D) manufacturing technology capable of rapidly converting computer generated 3D models into physical objects at high resolution12,13. Here we present a simple method to build up a simplified P&mu;SL system using a commercially available digital data projector to study swelling-induced buckling instability for controlled pattern transformation.
A simple desktop 3D printer is built using an off-the-shelf digital data projector and simple optical components such as a convex lens and a mirror14. Cross-sectional images extracted from a 3D solid model is projected on the photosensitive resin surface in sequence, polymerizing liquid resin into a desired 3D solid structure in a layer-by-layer fashion. Even with this simple configuration and easy process, arbitrary 3D objects can be readily fabricated with sub-100 &mu;m resolution.
This desktop 3D printer holds potential in the study of soft material mechanics by offering a great opportunity to explore various 3D geometries. We use this system to fabricate tubular shaped hydrogel structure with different dimensions. Fixed on the bottom to the substrate, the tubular gel develops inhomogeneous stress during swelling, which gives rise to buckling instability. Various wavy patterns appear along the circumference of the tube when the gel structures undergo buckling. Experiment shows that circumferential buckling of desired mode can be created in a controlled manner. Pattern transformation of three-dimensionally structured tubular gels has significant implication not only in mechanics and material science, but also in many other emerging fields such as tunable matamaterials.

We demonstrate controlled pattern transformation of swelling gel tubes by elastic instability. A simple projection micro stereo-lithography setup is built using an off-the-shelf digital data projector to fabricate three-dimensional polymeric structures in a layer-by-layer fashion. Swelling hydrogel tubes under mechanical constraint display various circumferential buckling modes depending on dimension.

Micro 3D-Druck mit einem digitalen Projektor und ihre Anwendung in der Studie von Soft Werkstoffmechanik

Buckling is a classical topic in mechanics. While buckling has long been studied as one of the major structural failure modes1, it has recently drawn new ...

Mechanical Expansion of Steel Tubing as a Solution to Leaky Wellbores

Wellbore cement, a procedural component of wellbore completion operations, primarily provides zonal isolation and mechanical support of the metal pipe (casing), and protects metal components from corrosive fluids. These are essential for uncompromised wellbore integrity. Cements can undergo multiple forms of failure, such as debonding at the cement/rock and cement/metal interfaces, fracturing, and defects within the cement matrix. Failures and defects within the cement will ultimately lead to fluid migration, resulting in inter-zonal fluid migration and premature well abandonment. Currently, there are over 1.8 million operating wells worldwide and over one third of these wells have leak related problems defined as Sustained Casing Pressure (SCP)1. 
The focus of this research was to develop an experimental setup at bench-scale to explore the effect of mechanical manipulation of wellbore casing-cement composite samples as a potential technology for the remediation of gas leaks. 
The experimental methodology utilized in this study enabled formation of an impermeable seal at the pipe/cement interface in a simulated wellbore system. Successful nitrogen gas flow-through measurements demonstrated that an existing microannulus was sealed at laboratory experimental conditions and fluid flow prevented by mechanical manipulation of the metal/cement composite sample. Furthermore, this methodology can be applied not only for the remediation of leaky wellbores, but also in plugging and abandonment procedures as well as wellbore completions technology, and potentially preventing negative impacts of wellbores on subsurface and surface environments.

This article reports on a laboratory scale investigation of an existing field procedure and its adaptation for sealing of leaky wellbores. It consists of mechanical expansion of metal pipe, which results in an improved metal/cement bond, ultimate sealing of hydraulic pathways and prevention of gas leaks caused by the presence of a microannular channel.

Mechanische Spannstahlrohr als eine Lösung für Leaky Bohrlöchern

Wellbore cement, a procedural component of wellbore completion operations, primarily provides zonal isolation and mechanical support of the metal pipe ...

A Robotic Platform to Study the Foreflipper of the California Sea Lion

The California sea lion (Zalophus californianus), is an agile and powerful swimmer. Unlike many successful swimmers (dolphins, tuna), they generate most of their thrust with their large foreflippers. This protocol describes a robotic platform designed to study the hydrodynamic performance of the swimming California sea lion (Zalophus californianus). The robot is a model of the animal&#39;s foreflipper that is actuated by motors to replicate the motion of its propulsive stroke (the &#39;clap&#39;). The kinematics of the sea lion&#39;s propulsive stroke are extracted from video data of unmarked, non-research sea lions at the Smithsonian Zoological Park (SNZ). Those data form the basis of the actuation motion of the robotic flipper presented here. The geometry of the robotic flipper is based a on high-resolution laser scan of a foreflipper of an adult female sea lion, scaled to about 60% of the full-scale flipper. The articulated model has three joints, mimicking the elbow, wrist and knuckle joint of the sea lion foreflipper. The robotic platform matches dynamics properties&#8212;Reynolds number and tip speed&#8212;of the animal when accelerating from rest. The robotic flipper can be used to determine the performance (forces and torques) and resulting flowfields.

A robotic platform is described that will be used to study the hydrodynamic performance&#8212;forces and flowfields&#8212;of the swimming California sea lion. The robot is a model of the animal&#39;s foreflipper that is actuated by motors to replicate the motion of its propulsive stroke (the &#39;clap&#39;).

Ein Roboter-Plattform die Foreflipper des California Sea Lion zu studieren

The California sea lion (Zalophus californianus), is an agile and powerful swimmer. Unlike many successful swimmers (dolphins, tuna), they generate most ...

Ice Generation and the Heat and Mass Transfer Phenomena of Introducing Water to a Cold Bath of Brine

We demonstrate a method for the study of the heat and mass transfer and of the freezing phenomena in a subcooled brine environment. Our experiment showed that, under the proper conditions, ice can be produced when water is introduced to a bath of cold brine. To make ice form, in addition to having the brine and water mix, the rate of heat transfer must bypass that of mass transfer. When water is introduced in the form of tiny droplets to the brine surface, the mode of heat and mass transfer is by diffusion. The buoyancy stops water from mixing with the brine underneath, but as the ice grows thicker, it slows down the rate of heat transfer, making ice more difficult to grow as a result. When water is introduced inside the brine in the form of a flow, a number of factors are found to influence how much ice can form. Brine temperature and concentration, which are the driving forces of heat and mass transfer, respectively, can affect the water-to-ice conversion ratio; lower bath temperatures and brine concentrations encourage more ice to form. The flow rheology, which can directly affect both the heat and mass transfer coefficients, is also a key factor. In addition, the flow rheology changes the area of contact of the flow with the bulk fluid.

Here, we present a protocol to demonstrate the generation of ice when water is introduced to a cold bath of brine, as a secondary refrigerant, at a range of temperatures well below the freezing point of water. It can be used as an alternative way of producing ice for industry.

Ice-Generation und die Wärme- und Stoffübertragung Phänomene der Einführung in Wasser zu einem Kältebad von Brine

We demonstrate a method for the study of the heat and mass transfer and of the freezing phenomena in a subcooled brine environment. Our experiment showed ...

Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few can observe immobilized particles. Moreover, a limited number of studies have experimentally measured the exertable forces on the particles. The designs can be classified as the protruding nanodisk type or the suppressed nanohole type. For the latter, microscopic observation is extremely challenging. In this paper, a new plasmonic tweezer system is introduced to monitor particles, both in directions parallel and orthogonal to the symmetric axis of a plasmonic nanohole structure. This feature enables us to observe the movement of each particle near the rim of the nanohole. Furthermore, we can quantitatively estimate the maximal trapping forces using a new fluidic channel.

A microchip fabrication process that incorporates plasmonic tweezers is presented here. The microchip enables the imaging of a trapped particle to measure maximal trapping forces.

Plasmonische Trapping und Freisetzung von Nanopartikeln in einer Monitoring-Umgebung

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few ...

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional component that should have high electrical conductivity, high mechanical properties, and high productivity.
In this regard, a carbon fiber/epoxy resin composite can be an ideal material to replace the conventional graphite bipolar plate, which often leads to the catastrophic failure of the entire system because of its inherent brittleness. Though the carbon/epoxy composite has high mechanical properties and is easy to manufacture, the electrical conductivity in the through-thickness direction is poor because of the resin-rich layer that forms on its surface. Therefore, an expanded graphite coating was adopted to solve the electrical conductivity issue. However, the expanded graphite coating not only increases the manufacturing costs but also has poor mechanical properties.
In this study, a method to expose fibers on the composite surface is demonstrated. There are currently many methods that can expose fibers by surface treatment after the fabrication of the composite. This new method, however, does not require surface treatment because the fibers are exposed during the manufacture of the composite. By exposing bare carbon fibers on the surface, the electrical conductivity and mechanical strength of the composite are increased drastically.

A protocol to expose bare fibers on the composite surface by eliminating resin rich area is presented. The fibers are exposed during fabrication of the composites, not by the post surface treatment. The exposed carbon composites exhibit high electrical conductivity in the through-thickness direction and high mechanical property.

Experimentelle Umsetzung einer neuen Composite Fertigung-Methode: Verfügbarmachen nackten Fasern auf die zusammengesetzte Fläche durch die weiche Schicht-Methode

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

Measurements of Waves in a Wind-wave Tank Under Steady and Time-varying Wind Forcing

This manuscript describes an experimental procedure that allows obtaining diverse quantitative information on temporal and spatial evolution of water waves excited by time-dependent and steady wind forcing. Capacitance-type wave gauge and Laser Slope Gauge (LSG) are used to measure instantaneous water surface elevation and two components of the instantaneous surface slope at a number of locations along the test section of a wind-wave facility. The computer-controlled blower provides airflow over the water in the tank whose rate can vary in time. In the present experiments, the wind speed in the test section initially increases quickly from rest to the set value. It is then kept constant for the prescribed duration; finally, the airflow is shut down. At the beginning of each experimental run, the water surface is calm and there is no wind. Operation of the blower is initiated simultaneously with the acquisition of data provided by all sensors by a computer; data acquisition continues until the waves in the tank fully decay. Multiple independent runs performed under identical forcing conditions allow determining statistically reliable ensemble-averaged characteristic parameters that quantitatively describe wind-waves&#39; variation in time for the initial development stage as a function of fetch. The procedure also allows characterizing the spatial evolution of the wave field under steady wind forcing, as well as decay of waves in time, once the wind is shut down, as a function of fetch.

This manuscript describes a fully computer-controlled procedure that allows obtaining reliable statistical parameters from experiments of water waves excited by steady and unsteady wind forcing in a small-scale facility.

Messungen der Wellen in einem Wind-Welle-Tank unter stetigen und zeitlich veränderliche Wind zwingt

This manuscript describes an experimental procedure that allows obtaining diverse quantitative information on temporal and spatial evolution of water ...

Measurements of Local Instantaneous Convective Heat Transfer in a Pipe - Single and Two-phase Flow

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer coefficient as a function of the liquid flow rate in a transparent pipe. With certain amendments, the approach is extended to gas-liquid flows, with a particular emphasis on the effect of a single elongated (Taylor) air bubble on heat transfer enhancement. A non-invasive thermography technique is applied to measure the instantaneous temperature of a thin metal foil heated electrically. The foil is glued to cover a narrow slot cut in the pipe. The thermal inertia of the foil is small enough to detect the variation in the instantaneous foil temperature. The test section can be moved along the pipe and is long enough to cover a considerable part of the growing thermal boundary layer.
At the beginning of each experimental run, a steady state with a constant water flow rate and heat flux to the foil is attained and serves as the reference. The Taylor bubble is then injected into the pipe. The heat transfer coefficient variations due to the passage of a Taylor bubble propagating in a vertical pipe is measured as function of the distance of the measuring point from the bottom of the moving Taylor bubble. Thus, the results represent the local heat transfer coefficients. Multiple independent runs preformed under identical conditions allow accumulating sufficient data to calculate reliable ensemble-averaged results on the transient convective heat transfer. In order to perform this in a frame of reference moving with the bubble, the location of the bubble along the pipe has to be known at all times. Detailed description of measurements of the length and of the translational velocity of the Taylor bubbles by optical probes is presented.

This manuscript describes methods aimed at measuring the local instantaneous convective heat transfer coefficients in a single or two-phase pipe flow. A simple optical method to determine the length and the propagation velocity of an elongated (Taylor) air bubble moving at a constant velocity is also presented.

Messungen der lokalen momentane konvektive Wärmeübertragung in einem Rohr - Einzel- und zwei-Phasen-Strömung

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer ...

Three-electrode Coin Cell Preparation and Electrodeposition Analytics for Lithium-ion Batteries

As lithium-ion batteries find use in high energy and power applications, such as in electric and hybrid-electric vehicles, monitoring the degradation and subsequent safety issues becomes increasingly important. In a Li-ion cell setup, the voltage measurement across the positive and negative terminals inherently includes the effect of the cathode and anode which are coupled and sum to the total cell performance. Accordingly, the ability to monitor the degradation aspects associated with a specific electrode is extremely difficult because the electrodes are fundamentally coupled. A three-electrode setup can overcome this problem. By introducing a third (reference) electrode, the influence of each electrode can be decoupled, and the electrochemical properties can be measured independently. The reference electrode (RE) must have a stable potential that can then be calibrated against a known reference, for example, lithium metal. The three-electrode cell can be used to run electrochemical tests such as cycling, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Three-electrode cell EIS measurements can elucidate the contribution of individual electrode impedance to the full cell. In addition, monitoring the anode potential allows the detection of electrodeposition due to lithium plating, which can cause safety concerns. This is especially important for the fast charging of Li-ion batteries in electric vehicles. In order to monitor and characterize the safety and degradation aspects of an electrochemical cell, a three-electrode setup can prove invaluable. This paper aims to provide a guide to constructing a three-electrode coin cell setup using the 2032-coin cell architecture, which is easy to produce, reliable, and cost-effective.

Three-electrode cells are useful in studying the electrochemistry of lithium-ion batteries. Such an electrochemical setup allows the phenomena associated with the cathode and anode to be decoupled and examined independently. Here, we present a guide for construction and use of a three-electrode coin cell with emphasis on lithium plating analytics.

Drei-Elektroden-Münze Zelle Vorbereitung und Galvanisierung Analytics für Lithium-Ionen-Batterien

As lithium-ion batteries find use in high energy and power applications, such as in electric and hybrid-electric vehicles, monitoring the degradation and ...