Name: film control to study contributions of waves to droplet impact dynamics on thin flowing liquid films
Uploaded: 2018-08-18T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 8 s
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この作品は、石油技術開発基金 (PTDF、ナイジェリア) と工学物理科学研究会議、英国、プログラム許可メンフィス (許可番号 EP/K003976/1) によって後援されました。著者は、博士 Zhizhao チェに有意義な議論を感謝しています。

1. 試験リグのセットアップ
注: は、図 1を参照してください。
<ol><li>
落下フィルム ユニット
	<ol>
<li>清潔なやわらかい布で基板 (ガラス) 表面の掃除から始めます。液体のプロパティの変更がその表面に汚れが付着しないことを確認します。</li>
		<li>必要な傾斜の角度にガラス基板のピボットを設定します。Β 15 ̊ の傾斜角度は、この作品で使用されました。</li>
		<li>電動ポンプに切り替え、さらにガラス基板をきれいにする膜表面の通常の液体の流れを確保します。この作品は、テスト液は脱イオン水です。</li>
		<li>接液部基板の表面全体を確認します。</li>
		<li>流量計を使用してフィルムの流量を測定します。この仕事のため流量に変化させた x 10-3 1.667 と対応するフィルム レイノルズ数Re = ρq10 x 10-3 m3/s/wµ55.5% と 333 の間で及ぶ。wは、落下フィルム幅、0.30 m です。</li>
		<li>ガラス基板上に所望の流量を取得するフローの接続バルブを徐々 に調整します。</li>
		<li>配布室にフィルム入口または空気の逆流で油圧ジャンプを避けるために選択した流量の対応するヌセルト フィルム厚さの値にフィルム入口マイクロ ステップのセットを調整します。</li>
		<li>手動でフィルム表面に一様流は下流を取得する配布室のすべての空気を吸い上げます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
フィルム コントロール ユニット
	<ol>
<li>関数発生器はデータ集録カード (DAC) を介して非ラッチ型リレーを介してソレノイド バルブに接続されていることを確認します。</li>
		<li>電磁弁と関数発生器に切り替えます。</li>
		<li>関数発生器を強制目的の周波数に設定します。この作品は、2、3 Hz の周波数が使用されていました。</li>
		<li>希望波信号 (正弦波、ノコギリ波、方形波など) を選択します。この作品は、正弦波信号が使用されていました。図 2Aおよび2B自由な映画と制御された映画との対比を示します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
液滴生成システム
	<ol>
<li>水で満たされた注射器にきれいなプラスチック製のチューブを取り付けます。</li>
		<li>液滴形成配列装置シリンジに挿入します。</li>
		<li>(希望の液滴径) によって選ばれたサイズの注射針をプラスチック製のチューブのもう一方の端に貼付します。勉強した液滴径 0.0023 に 0.0044 m 間であった。</li>
		<li>フィルム表面上のドロップの落下高さを調整します。この作品は、ドロップの落下高さが 0.005 から 0.30 ± 0.02 - 2.96 ± 間の影響の速度を与える、0.45 メートルに変化させた 0.06 m/s。</li>
		<li>同様に、フィルムの入口からドロップの縦衝撃点を設定します。これは波が影響する前に整形式ことを確認するこの作品で 0.3 m に設定されました。</li>
		<li>シリンジ ポンプで必要な流量を設定します。</li>
		<li>フィルム表面に形成された波の波長より大きい液滴発生頻度を達成するために流量を調整します。滴は連続制御フィルムのさまざまな地域に影響を与えるようにします。図 2; を参照してください。各地域19,20の下に流れプロファイルの相違を表示する図 2 Dの特異な波形の拡大。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
高速イメージング セットアップ
	<ol>
<li>三脚スタンド (または他の適切な配置) にカメラを配置します。</li>
		<li>希望の焦点距離のマクロレンズを選択し、これをカメラに接続します。</li>
		<li>高速カメラを切り替えるし、フィルム表面に直接フォーカスを確保します。膜表面にそれぞれ 7 と 12 ̊ 水平および垂直偏差でカメラの位置を合わせます。これはそれぞれ 67.5 μ m/ピクセルと縦とスパン方向の 46.6 μ m/ピクセルの解像度をもたらす影響過程の優れたサイドビュー画像を与えます。</li>
		<li>スポット液滴衝突正確に置かれた校正項目を使用して (大口径) でカメラのレンズのフォーカスを調整します。</li>
		<li>シャープなフォーカスを取得すると、カメラに入る光量が少ないように開口部を減らします。</li>
		<li>目的のフレーム レート、解像度、高速カメラのシャッター スピードを設定します。5000 fps、800 x 600 の解像度、フレーム レート絞りのサイズは 1/16、1 μ 秒のシャッター スピードは、この作品で使用されました。</li>
		<li>光は均一にイメージングの領域にわたって拡散して図 1のように、光源の前に光の拡散を配置します。</li>
		<li>イメージングの領域上の光の均一広がりを確認する光源の電源を入れます。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 校正
注: は、図 3を参照してください。
<ol><li>(正確に衝撃のスポット) フィルムの流れ方向に定規を置くし、膜表面の計測ポイントのスナップショットを取得します。</li>
	<li>繰り返し 2.1 がスパン方向の定規。</li>
	<li>上記を使用して、フィルム表面に空間解像度を取得します。</li>
</ol>3. ビデオの録画やデータ集録
<ol><li>リグ上の液膜流れが確立されると、シリンジ ポンプを起動し、フィルム表面に滴る水滴の影響を観察します。</li>
	<li>関数発生器を起動し、膜表面の時空波の製造工程を見学します。</li>
	<li>制御膜表面のさまざまな地域に影響を与えている連続の低下を確認します。</li>
	<li>フレーム番号と、この設定の後トリガーを観察への影響を適切にキャプチャするビデオの長さの約半分。</li>
	<li>光源の電源を入れ、影響が発生すると、イメージのキャプチャ トリガー。</li>
	<li>イメージのキャプチャが完了液膜の過熱を避けるために光源の電源。</li>
	<li>コンピューターの画面に取得したスナップショットを視覚的に分析します。こぶ地域で煽りますフラット フィルム、毛管波のいずれかの影響が発生したかどうかを確認してください。</li>
	<li>影響を与えるプロセスを示す部分にビデオをトリミングし、ビデオ/画像形式でフレーム範囲を保存します。</li>
	<li>Viz.孤独なこぶ、毛管波、フラット フィルム膜表面のすべての地域に 3.5 3.8 とレコードの個別の影響を繰り返します。</li>
</ol>4. 画像の後処理と分析
<ol><li>ビューのフィールドに定規を置き、どのように多くのピクセルが収まる間で 1 cm. キャリブレーション イメージを使用してカウントすることにより空間分解能を計算、画像寸法測定のスケール ファクターを取得します。</li>
	<li>高速画像から別の影響領域に影響を与えるプロセスの結果を比較します。顕著な違いを確認します。</li>
	<li>影響プロセスの製品の特性を測定する適当な MATLAB 画像処理ルーチンを使用して: しぶきですなわち、クラウンの高さ、直径、壁の厚さを測定、傾斜角度、クラウン側方向、数とサイズ噴出の二次液滴の分布。</li>
	<li>低-ウェーバーの影響のため上記 4.3 として同様の定量分析を行います。衛星のピンチ ・ オフ時間のカウント時間フレームの画像から削除し、頂点の長さとセカンダリ滴のピンチを前に部分的な合体に形成された列の幅を測定します。噴出の二次液滴のサイズを測定します。繰り返しピンチオフ工程におけるカスケードの数をカウントします。</li>
	<li>各地域ですべての質的な相違を観察します。</li>
</ol>

<ol>
	<li>Yarin, A. 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著者申告するものがあります。

このセクションでは、プロトコルから質的な結果を確保するために必要ないくつかのヒントを提供します。まず、ガラス基板上に液膜流れは液体薄膜の特性を確保するため完全に汚れ自由保たれなければならないは、妥協のない保持されます。これは (おそらく適切な洗剤を使用して、システムに解散を避けるため、トレイの上から抹消) 定期的なクリーニングによって達成可能であります。同様に、正確な結果を保証するため、いくつかの実験的ラウンド後全体のテスト液の定期的な交換が必要があります。
第二に、流体分布の商工会議所は、止水液膜が均一を確認する気密保持もよくメッシュあります。これは、手動で各実験の前にフューズ ボックスの空気を吸い上げることで行うことができます。フィルム入口マイクロメータ手順の使用も対応するレイノルズ数における膜流のヌセルト見積もりによって予測された正確な膜厚にフィルム入口ギャップ高さを設定するのにはお勧め。これは油圧ジャンプまたは入口逆流を防ぐ。
電磁弁の操作も常にチェックして正しく確認する必要があります。これは、流れの適切な脈動強制波の生産を確保するため必要があるためにです。これは、電磁弁と接続パイプに沿って知覚脈動の定期的クリック音からチェックでした。シリンジ ポンプに液体の流量は、水滴が落ちる前に任意の予備加速を回避滴下方法で排出できるように慎重に設定する必要があります。
高速カメラの適切な校正は、非常に正確な結果を得るために保障されなければなりません。開口部の大きさも注意深く選ばれなければならないフィールド、露光時間、画像全体の明るさの深さのようなパラメーターを考慮しました。カメラは、ビデオ録画中にトリガー、ユーザーはトリガーの前に記録されるフレームの数を推定する必要も。これはドロップ影響の時間に応じて、個人個人と異なる場合があります、実際の測定の前に練習のためのいくつかの試用テストを推奨するそれ故に。同様に、正しく配置され、よく拡散イメージのシャドウを最小限に抑えるため、光源がある必要があります。
注意してください、したがって通常波構造の形成は基になる物理学の正確な研究に不可欠な研究の主要な焦点が、落下の衝撃力学波の貢献を覚えていることが重要です。基板傾斜角の減少14,19波構造の遅い転移を容易にすること勧め三次元構造へ迅速に移行する波の構造を観察する場所のシナリオで.
技術の 1 つの制限は、影響の各地域の実際の瞬時の膜厚を指定する測定装置の不在で観察されます。これは全体的な観察された現象の詳細を提供しているでしょう。
このレポートに示された手順は、要約すると、液滴解散21,などの高速ダイナミクスを持つ多くの研究分野に適用できる高速イメージング システムとは、単純な波の進化ダイナミクスを研究するも使用できます。22/coalescence23、粒状ジェット24、マイクロ スケールでの重要な現象の観察、等。

液滴衝突は自然でとても共通の現象を好奇心観察1から注目を集めています。スプレー冷却、火抑制、インク ジェット印刷、スプレー塗装、蒸着プリント基板上はんだバンプの内部燃焼エンジンの設計を含む、多数のアプリケーションのための活発な研究領域を構成します。表面洗浄、およびセル印刷2。そのアプリケーションは、農業、例えば灌漑と作物の3、4を噴霧散水にも拡張します。ワージントンの5主要な進歩だけ最近なされた高速イメージング6の出現により、仕事と、19 世紀に先駆的な仕事のさかのぼる。それ以来、いくつかの研究を行った。異なったタイプの固体7,まで8、浅い、9と深い液体プール10,11薄膜12,13衝撃表面を使用してください。
しかし、にもかかわらず、大量液体表面 (すなわち、浅いと深いプールと静止膜) 液滴衝突に関する研究の流れる液体薄膜への影響には注目の受信していません。さらに、これまで、研究は、液滴衝撃力学波の空間構造の貢献を無視しています。
本報告で提案する液体流量; の入口-強制することによって影響を受けているダイナミクスが流れる映画の液滴衝突過程を調査するための詳細な実験手順以下、それらを '制御' 映画と呼びます。我々 は見つける (例えば、冷却塔、蒸留塔でとも環状流領域における二相流の観測) の多業界で多数のアプリケーションがあるこれら膜制御の重要なステップとなっている、特にとして、熱・物質移動多くプロセス産業14激化。興味を持った読者は、これに私たちの研究努力の結果の詳細について、以前作業15呼ばれます。
吸気流量の振動のこのアプリケーションは、フィルム表面に定期的に波が形成に結果します。我々 は孤立波の家族は、本質的に広く区切られた狭いピークによって特徴付けられる、率いている毛管波16,17,18のシリーズが先行に焦点を当てます。孤立波の構造の 3 つの主な部分に関連付けられている影響の結果を研究: 'フラット フィルム'、'波こぶ、および不備の毛管波の領域。私達はまた自由な流れる映画に関連付けられたこれらの結果を対照的です。自由なフィルム上の波の出現の確率論的性質が著しくも我々 が新しいメカニズムを示す制御フィルムの別の領域に落下衝撃応答の結果に影響を与えることが分かった質的両方の詳細と定量的。
以前紙15、同じプロシージャを使用してを研究したしぶき政権における液滴衝撃力学フィルム制御の効果。得られた結果は、放出の二次液滴の数とサイズの分布だけでなく、(高さ、径、壁の厚さ、傾き角度と方向) クラウン形態の定量的および定性的な違いを示した。
このレポートで述べる液滴衝突ダイナミクスともはね政権のみならず液滴の他の結果の知見の現在の簡潔な詳細でこれらの空間の構造の重要な役割を理解するために設計されたセットアップ衝撃 (すなわちバウンス、スライディング、全合体)。以下の標準的なプロトコルに従うことによってフィルム液滴衝撃運動制御の効果は再現可能な方法で学ぶことができます。

<table><tbody><tr><td>Function generator</td><td>GW INSTEK</td><td>AFG 2005 Series, Digital. Geo0852266</td><td>Produces a varied type of wave signals, ranging from sine, square to saw-tooth wave at different frequencies (0.1 Hz - 5 MHz).</td></tr><tr><td>Syringe pump</td><td>Braintree Scientific Inc.</td><td>Bs-8000 /225540</td><td></td></tr><tr><td>Solenoid valve</td><td>SMC-VXD</td><td>2142A.&lt;br/&gt; 0AE-5001</td><td>Series-pilot-operated-two-port</td></tr><tr><td>Relay</td><td>Takamisara</td><td>A5W-K.&lt;br/&gt; 154424C-03L</td><td></td></tr><tr><td>Electric pump</td><td>Clarke SP</td><td>SPE1200SS 1</td><td></td></tr><tr><td>Flow meter</td><td>RS Component</td><td>CYNERGY3 UF25B 14011600040110</td><td>Measurement range: 0.2-25 L/min</td></tr><tr><td>Micrometer step</td><td>RS Component</td><td>Micrometer Head</td><td>0.01 mm/0 -13 mm</td></tr><tr><td>High-speed camera</td><td>Olympus</td><td>I-SPEED 3.</td><td>Capable of recording at up to 100, 000 frames per second.</td></tr><tr><td>Light source</td><td>TLC Electrical supplies</td><td>IP54 -black</td><td>Double enclosed halogen floodlight. Rating 500 W.</td></tr><tr><td>Light diffusor</td><td>OptiGraphix</td><td>DFPMET</td><td>250 &amp;mu;m thickness</td></tr><tr><td>Glass substrate</td><td>Instrument Glasses Ltd</td><td>Soda Lime Float Glass; 570 mm x 300 mm x 4 mm</td><td>Flatness tolerance 0.02/0.04.</td></tr><tr><td>Macro-lenses</td><td>(a) Nikon&lt;br/&gt; (b) Sigma</td><td>(a) AF-Micro-Nikkor 60 mm f/2.8 D&lt;br/&gt; (b) 105 mm f/2.8 Macro-Ex</td><td></td></tr><tr><td>Test-liquid</td><td>De-ionized water from the Imperial College Analytical Lab.</td><td>Standard solution&lt;br/&gt; (AnalaR)</td><td></td></tr></tbody></table>

film control to study contributions of waves to droplet impact dynamics on thin flowing liquid films

液滴衝突は自然でとても共通の現象をその審美的な魅力と幅広い用途のため注目を集めています。これは最近ドロップ影響動態に大きな影響を持っている示されている間、流れる液膜に関する先行研究は影響結果に波の空間構造の貢献を無視しています。本報告では、我々 は定期的な入口をドロップ影響ダイナミクス正規時空波構造の生産につながる流れる液膜の強制の効果を調べるためのステップバイ ステップの手順を概説します。電磁弁に関連して関数発生器を使用して、制服サイズの液滴の衝突ダイナミクスは高速カメラを使用してキャプチャされます間膜表面のこれらの時空通常波の構造を刺激します。3 つの領域検討;すなわち大きな波のピーク、フラット フィルム地域および波こぶ地域の毛管波地域。レイノルズ、フィルムなど重要な無次元量の効果ドロップ ウェーバーと Ohnesorge 番号フィルム流量、速度、ドロップ、ドロップ サイズによってパラメーター化も検討します。面白い、これまで未知ダイナミクスによってもたらされる両方の低と高慣性降下を流れる映画のフィルム入口強制のこのアプリケーションが分かった。

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Film Control to Study Contributions of Waves to Droplet Impact Dynamics on Thin Flowing Liquid Films

液滴衝撃流れる液膜による波の貢献を研究するためのプロトコルが表示されます。

液滴衝撃による薄膜を流れる液膜に波の貢献を研究するフィルム コントロール

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

7.4K ビュー.  Imperial College London. 液滴衝撃流れる液膜による波の貢献を研究するためのプロトコルが表示されます。

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Fast Imaging Technique to Study Drop Impact Dynamics of Non-Newtonian Fluids

In the field of fluid mechanics, many dynamical processes not only occur over a very short time interval but also require high spatial resolution for detailed observation, scenarios that make it challenging to observe with conventional imaging systems. One of these is the drop impact of liquids, which usually happens within one tenth of millisecond. To tackle this challenge, a fast imaging technique is introduced that combines a high-speed camera (capable of up to one million frames per second) with a macro lens with long working distance to bring the spatial resolution of the image down to 10 &#181;m/pixel. The imaging technique enables precise measurement of relevant fluid dynamic quantities, such as the flow field, the spreading distance and the splashing speed, from analysis of the recorded video. To demonstrate the capabilities of this visualization system, the impact dynamics when droplets of non-Newtonian fluids impinge on a flat hard surface are characterized. Two situations are considered: for oxidized liquid metal droplets we focus on the spreading behavior, and for densely packed suspensions we determine the onset of splashing. More generally, the combination of high temporal and spatial imaging resolution introduced here offers advantages for studying fast dynamics across a wide range of microscale phenomena.

Drop impact of non-Newtonian fluids is a complex process since different physical parameters influence the dynamics over a very short time (less than one tenth of a millisecond). A fast imaging technique is introduced in order to characterize the impact behaviors of different non-Newtonian fluids.

非ニュートン流体の落下衝撃ダイナミクスを研究するための高速撮像法

In the field of fluid mechanics, many dynamical processes not only occur over a very short time interval but also require high spatial resolution for ...

工学

Taking Advantage of Reduced Droplet-surface Interaction to Optimize Transport of Bioanalytes in Digital Microfluidics

Digital microfluidics (DMF), a technique for manipulation of droplets, is a promising alternative for the development of &#8220;lab-on-a-chip&#8221; platforms. Often, droplet motion relies on the wetting of a surface, directly associated with the application of an electric field; surface interactions, however, make motion dependent on droplet contents, limiting the breadth of applications of the technique.
Some alternatives have been presented to minimize this dependence. However, they rely on the addition of extra chemical species to the droplet or its surroundings, which could potentially interact with droplet moieties. Addressing this challenge, our group recently developed Field-DW devices to allow the transport of cells and proteins in DMF, without extra additives.
Here, the protocol for device fabrication and operation is provided, including the electronic interface for motion control. We also continue the studies with the devices, showing that multicellular, relatively large, model organisms can also be transported, arguably unaffected by the electric fields required for device operation.

The protocol for fabrication and operation of field dewetting devices (Field-DW) is described, as well as the preliminary studies of the effects of electric fields on droplet contents.

デジタルマイクロフルイディクスにBioanalytesの輸送を最適化するための縮小液滴表面相互作用の活用

Digital microfluidics (DMF), a technique for manipulation of droplets, is a promising alternative for the development of &#8220;lab-on-a-chip&#8221; ...

Visualization of High Speed Liquid Jet Impaction on a Moving Surface

Two apparatuses for examining liquid jet impingement on a high-speed moving surface are described: an air cannon device (for examining surface speeds between 0 and 25 m/sec) and a spinning disk device (for examining surface speeds between 15 and 100 m/sec). The air cannon linear traverse is a pneumatic energy-powered system that is designed to accelerate a metal rail surface mounted on top of a wooden projectile. A pressurized cylinder fitted with a solenoid valve rapidly releases pressurized air into the barrel, forcing the projectile down the cannon barrel. The projectile travels beneath a spray nozzle, which impinges a liquid jet onto its metal upper surface, and the projectile then hits a stopping mechanism. A camera records the jet impingement, and a pressure transducer records the spray nozzle backpressure. The spinning disk set-up consists of a steel disk that reaches speeds of 500 to 3,000 rpm via a variable frequency drive (VFD) motor. A spray system similar to that of the air cannon generates a liquid jet that impinges onto the spinning disc, and cameras placed at several optical access points record the jet impingement. Video recordings of jet impingement processes are recorded and examined to determine whether the outcome of impingement is splash, splatter, or deposition. The apparatuses are the first that involve the high speed impingement of low-Reynolds-number liquid jets on high speed moving surfaces. In addition to its rail industry applications, the described technique may be used for technical and industrial purposes such as steelmaking and may be relevant to high-speed 3D printing.

Two experimental devices for examining liquid jet impingement on a high-speed moving surface are described: an air cannon device and a spinning disk device. The apparatuses are used to determine optimal approaches to the application of liquid friction modifier (LFM) onto rail tracks for top-of-rail friction control.

表面移動に高速液体ジェット宿便の可視化

Two apparatuses for examining liquid jet impingement on a high-speed moving surface are described: an air cannon device (for examining surface speeds ...

Capillary-based Centrifugal Microfluidic Device for Size-controllable Formation of Monodisperse Microdroplets

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. W/O microdroplets have recently been used in powerful methods that enable miniaturized chemical experiments. Therefore, developing a versatile method to yield monodisperse W/O microdroplets is needed. We have developed a method for generating monodisperse W/O microdroplets based on a capillary-based centrifugal axisymmetric co-flowing microfluidic device. We succeeded in controlling the size of microdroplets by adjusting the capillary orifice. Our method requires equipment that is easier-to-use than with other microfluidic techniques, requires only a small volume (0.1-1 &#181;l) of sample solution for encapsulation, and enables the production of hundreds of thousands number of W/O microdroplets per second. We expect this method will assist biological studies that require precious biological samples by conserving the volume of the samples for rapid quantitative analysis biochemical and biological studies.

Here, we demonstrate a simple production method for size-controllable, monodisperse, water-in-oil (W/O) microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. This method requires only a small sample volume and enables high-yield production. We expect this method will be useful for rapid biochemical and cellular analyses.

単分散微小液滴のサイズ制御可能な形成のためのキャピラリーベースの遠心マイクロ流体デバイス

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal ...

Fabricating High-viscosity Droplets using Microfluidic Capillary Device with Phase-inversion Co-flow Structure

The generation of monodisperse droplets with high viscosity has always been a challenge in droplet microfluidics. Here, we demonstrate a phase-inversion co-flow device to generate uniform high-viscosity droplets in a low-viscosity fluid. The microfluidic capillary device has a common co-flow structure with its exit connecting to a wider tube. Elongated droplets of the low-viscosity fluid are first encapsulated by the high-viscosity fluid in the co-flow structure. As the elongated low-viscosity droplets flow through the exit, which is treated to be wetted by the low-viscosity fluid, phase inversion is then induced by the adhesion of the low viscosity droplets to the tip of the exit, which results in the subsequent inverse encapsulation of the high-viscosity fluid. The size of the resultant high-viscosity droplets can be adjusted by changing the flow rate ratio of the low-viscosity fluid to the high-viscosity fluid. We demonstrate several typical examples of the generation of high-viscosity droplets with a viscosity up to 11.9 Pas, such as glycerol, honey, starch, and polymer solution. The method provides a simple and straightforward approach to generate monodisperse high-viscosity droplets, which may be used in a variety of droplet-based applications, such as materials synthesis, drug delivery, cell assay, bioengineering, and food engineering.

A phase-inversion co-flow device is demonstrated to generate monodisperse high-viscosity droplets above 1 Pas, which is difficult to realize in droplet microfluidics.

位相反転共同フロー構造を有するマイクロ流体デバイスをキャピラリーを用いた加工の高粘度液滴

The generation of monodisperse droplets with high viscosity has always been a challenge in droplet microfluidics. Here, we demonstrate a phase-inversion ...

化学

Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. This paper proposes a semi-three-dimensional (semi-3D) flow-focusing microfluidic chip for droplet formation. The polydimethylsiloxane (PDMS) chip was fabricated using the multi-layer soft lithography method. Hexadecane containing surfactant was used as the continuous phase, and PEGDA with the ultraviolet (UV) photo-initiator was the dispersed phase. Surfactants allowed the local surface tension to drop and formed a more cusped tip which promoted breaking into tiny micro-droplets. As the pressure of dispersed phase was constant, the size of droplets became smaller with increasing continuous phase pressure before dispersed phase flow was broken off. As a result, droplets with size variation from 1 &#181;m to 80 &#181;m in diameter could be selectively achieved by changing the pressure ratio in two inlet channels, and the average coefficient of variation was estimated to be below 7%. Furthermore, droplets could turn into micro-beads by UV exposure for photo-polymerization. Conjugating biomolecules on such micro-beads surface have many potential applications in the fields of biology and chemistry.

Generation of Size-controlled Poly ethylene Glycol Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Here, we present a protocol to illustrate the fabrication processes and verifying experiments of a semi-three-dimensional (semi-3D) flow-focusing microfluidic chip for droplet formation.

サイズ制御されたポリ (エチレング リコール) レート液滴を介して半 3 次元流れ焦点マイクロ流体デバイスの生成

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

Visually Based Characterization of the Incipient Particle Motion in Regular Substrates: From Laminar to Turbulent Conditions

Two different experimental methods for determining the threshold of particle motion as a function of geometrical properties of the bed from laminar to turbulent flow conditions are presented. For that purpose, the incipient motion of a single bead is studied on regular substrates that consist of a monolayer of fixed spheres of uniform size that are regularly arranged in triangular and quadratic symmetries. The threshold is characterized by the critical Shields number. The criterion for the onset of motion is defined as the displacement from the original equilibrium position to the neighboring one. The displacement and the mode of motion are identified with an imaging system. The laminar flow is induced using a rotational rheometer with a parallel disk configuration. The shear Reynolds number remains below 1. The turbulent flow is induced in a low-speed wind tunnel with open jet test section. The air velocity is regulated with a frequency converter on the blower fan. The velocity profile is measured with a hot wire probe connected to a hot film anemometer. The shear Reynolds number ranges between 40 and 150. The logarithmic velocity law and the modified wall law presented by Rotta are used to infer the shear velocity from the experimental data. The latter is of special interest when the mobile bead is partially exposed to the turbulent flow in the so-called hydraulically transitional flow regime. The shear stress is estimated at onset of motion. Some illustrative results showing the strong impact of the angle of repose, and the exposure of the bead to shear flow are represented in both regimes.

Two different methods for characterizing the incipient particle motion of a single bead as a function of the sediment bed geometry from laminar to turbulent flow are presented.

視覚に基づいた正規の基板の初期粒子の運動特性: 層流乱流の条件から

Two different experimental methods for determining the threshold of particle motion as a function of geometrical properties of the bed from laminar to ...

Impacts of Free-falling Spheres on a Deep Liquid Pool with Altered Fluid and Impactor Surface Conditions

Vertical impacts of spheres on clean water have been the subject of numerous water entry investigations characterizing cavity formation, splash crown ascension and Worthington jet stability. Here, we establish experimental protocols for examining splash dynamics when smooth free-falling spheres of varying wettability, mass, and diameter impact the free surface of a deep liquid pool modified by thin penetrable fabrics and liquid surfactants. Water entry investigations provide accessible, easily assembled and executed experiments for studying complex fluid mechanics. We present herein a tunable protocol for characterizing splash height, flow separation metrics, and impactor kinematics, and representative results which might be acquired if reproducing our approach. The methods are applicable when characteristic splash dimensions remain below approximately 0.5 m. However, this protocol may be adapted for greater impactor release heights and impact velocities, which augurs well for translating results to naval and industry applications.

This protocol demonstrates the basic experimental configuration for water entry experiments with free-falling spheres. Methods for the alteration of liquid surface with penetrable fabrics, the preparation of chemically non-wetting spheres, and steps for splash visualization and data extraction are discussed.

変更された流体とインパクターの表面状態と深い液体プールに自由落下球体の影響

Vertical impacts of spheres on clean water have been the subject of numerous water entry investigations characterizing cavity formation, splash crown ...

Measuring the Interaction Force Between a Droplet and a Super-hydrophobic Substrate by the Optical Lever Method

The goal of this paper is to investigate the interaction force between droplets and super-hydrophobic substrates in the air. A measurement system based on an optical lever method is designed. A millimetric cantilever is used as a force sensitive component in the measurement system. Firstly, the force sensitivity of the optical lever is calibrated using electrostatic force, which is the critical step in measuring interaction force. Secondly, three super-hydrophobic substrates with different grid fractions are prepared with nanoparticles and copper grids. Finally, the interaction forces between droplets and super-hydrophobic substrates with different grid fractions are measured by the system. This method can be used to measure the force on the scale of sub-micronewton with a resolution on the scale of nanonewton. The in-depth study of the contact process of droplets and super-hydrophobic structures can help to improve the production efficiency in coating, film and printing. The force measurement system designed in this paper can also be used in other fields of microforce measurement.

The protocol aims to investigate the interaction between droplets and super-hydrophobic substrates in the air. This includes calibrating the measurement system and measuring the interaction force at super-hydrophobic substrates with different grid fractions.

光レバー法による液滴と超疎水性基板間の相互作用力の測定

The goal of this paper is to investigate the interaction force between droplets and super-hydrophobic substrates in the air. A measurement system based on ...

High Throughput Analysis of Liquid Droplet Impacts

Experimental studies of liquid drop impacts on surfaces are often restricted in their scope due to the large range of possible experimental parameters such as material properties, impact conditions, and experimental configurations. Compounding this, drop impacts are often studied using data-rich high-speed photography, so that it is difficult to analyze many experiments in a detailed and timely manner. The purpose of this method is to enable efficient study of droplet impacts with high-speed photography by using a systematic approach. Equipment is aligned and calibrated to produce videos that can be accurately processed by a custom image processing code. Moreover, the file structure setup and workflow described here ensure efficiency and clear organization of data processing, which is carried out while the researcher is still in the lab. The image processing method extracts the digitized outline of the impacting droplet in each frame of the video, and processed data are stored for further analysis as required. The protocol assumes that a droplet is released vertically under gravity, and impact is recorded by a camera viewing from side-on with the drop illuminated using shadowgraphy. Many similar experiments involving image analysis of high-speed events could be addressed with minor adjustment to the protocol and equipment used.

This protocol enables efficient collection of experimental high-speed images of liquid drop impacts, and speedy analysis of those data in batches. To streamline these processes, the method describes how to calibrate and set up apparatus, generate an appropriate data structure, and deploy an image analysis script.

液滴衝撃の高スループット解析

Experimental studies of liquid drop impacts on surfaces are often restricted in their scope due to the large range of possible experimental parameters ...

液滴衝撃による薄膜を流れる液膜に波の貢献を研究するフィルムコントロール

要約

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非ニュートン流体の落下衝撃ダイナミクスを研究するための高速撮像法

デジタルマイクロフルイディクスにBioanalytesの輸送を最適化するための縮小液滴表面相互作用の活用

表面移動に高速液体ジェット宿便の可視化

単分散微小液滴のサイズ制御可能な形成のためのキャピラリーベースの遠心マイクロ流体デバイス

位相反転共同フロー構造を有するマイクロ流体デバイスをキャピラリーを用いた加工の高粘度液滴

サイズ制御されたポリ (エチレングリコール) レート液滴を介して半 3 次元流れ焦点マイクロ流体デバイスの生成

視覚に基づいた正規の基板の初期粒子の運動特性: 層流乱流の条件から

変更された流体とインパクターの表面状態と深い液体プールに自由落下球体の影響

光レバー法による液滴と超疎水性基板間の相互作用力の測定

液滴衝撃の高スループット解析

液滴衝撃による薄膜を流れる液膜に波の貢献を研究するフィルム コントロール

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非ニュートン流体の落下衝撃ダイナミクスを研究するための高速撮像法

デジタルマイクロフルイディクスにBioanalytesの輸送を最適化するための縮小液滴表面相互作用の活用

表面移動に高速液体ジェット宿便の可視化

単分散微小液滴のサイズ制御可能な形成のためのキャピラリーベースの遠心マイクロ流体デバイス

位相反転共同フロー構造を有するマイクロ流体デバイスをキャピラリーを用いた加工の高粘度液滴

サイズ制御されたポリ (エチレング リコール) レート液滴を介して半 3 次元流れ焦点マイクロ流体デバイスの生成

視覚に基づいた正規の基板の初期粒子の運動特性: 層流乱流の条件から

変更された流体とインパクターの表面状態と深い液体プールに自由落下球体の影響

光レバー法による液滴と超疎水性基板間の相互作用力の測定

液滴衝撃の高スループット解析

液滴衝撃による薄膜を流れる液膜に波の貢献を研究するフィルムコントロール

サイズ制御されたポリ (エチレングリコール) レート液滴を介して半 3 次元流れ焦点マイクロ流体デバイスの生成