Graças a Wendy Zhang, Luuk Lubbers, Marc Miskin e Michelle Driscoll para muitas discussões úteis e Qiti Guo para ajuda com preparação de amostras experimentais. Este trabalho foi apoiado pelo programa MRSEC da National Science Foundation, Grant No. DMR-0820054.

1. Configuração de Imagem Rápida (veja a Figura 1) <ol><li> Começar pela criação de uma faixa vertical ao longo da qual um recipiente cheio com o fluido a ser estudados pode ser movido livremente para ajustar a velocidade de impacto. O fluido deixa o fundo do recipiente através de um bocal e, em seguida, entra em queda livre. Para este trabalho a altura de queda foi variada 1-200 cm para dar uma velocidade de impacto V 0 = (0,4-6,3) ± 0,15 m / seg. </li><li> Construir e montar uma estrutura para manter o avião impacto horizontal, normalmente uma placa de vidro, em que um espelho reflector inclinado é posicionado para a visualização do impacto da queda do fundo. </li><li> Coloque uma placa de vidro limpa e suave para o titular. Verifique se a placa está nivelado horizontalmente. </li><li> Montar uma bomba de seringa para a pista vertical. </li><li> Para o impacto de metal líquido, coloque um difusor de papel transparente por trás do bico para o lado-vista de imagem. Ao mesmo tempo, fixar um papel branco opaco sobre a bomba de seringa para gerarreflexão para a visualização de fundo (ver Figura 1). Em seguida, localize a fonte de luz por trás do bico. </li><li> Para o impacto suspensão densa, não é necessário difusor. Em vez disso, basta colocar a fonte de luz em frente do plano de imagem. </li><li> Selecione a lente macro com uma distância focal apropriada para ampliação desejada e distância de trabalho óptico. Em seguida, conecte a lente da câmera. </li><li> Monte a câmera em um tripé e ajustar a altura da câmera de acordo com a perspectiva de imagem (lateral ou inferior). </li></ol> 2. Preparação de Amostras <ol><li> Preparação de oxidado metal líquido <ol><li> Loja de gálio-índio Eutectic (eGain) em um recipiente fechado. Uma vez que a sua temperatura de fusão é de cerca de 15 ° C, eGain permanece no estado líquido à temperatura ambiente. </li><li> Usar uma pipeta para extrair 3 ml eGain a partir do recipiente e expulsar-o para uma placa de acrílico. Esperar 30 min para a amostra a ser totalmente oxidado no ar. Como consequence, uma fina camada de pele enrugada oxidada cobre completamente a superfície da amostra. </li><li> Usar ácido clorídrico (HCl; &quot;CUIDADO&quot;) de diferentes concentrações de pré-lavagem a amostra eGain e para controlar a oxidação da superfície. Especificamente, o cisalhamento da amostra, enquanto ele está no banho de ácido, em 60 seg -1 taxa de cisalhamento com um reómetro. Após 10 minutos de corte, o nível de oxidação da superfície da amostra atinge o equilíbrio, definido pela 15,18 concentração de HCl. </li><li> Após este pré-lavagem, com uma seringa de plástico com uma ponta de injector de aço para extrair eGain do banho. </li><li> Monte a seringa na bomba de seringa e estar pronto para o experimento. </li></ol></li><li> Preparação de suspensões densas <ol><li> Cortar a extremidade de uma seringa comercial (4,5 milímetros ou 2,3 ​​mm de raio) e usá-lo como o tubo cilíndrico para a distribuição da suspensão densa. </li><li> Puxe para trás o pistão e encher a seringa com água todo o caminho até a extremidade aberta, fazendo sure há nenhuma bolha ar arrastado. </li><li> Coloque esféricas ZrO 2 ou esferas de vidro para dentro da seringa. Com a sedimentação de partículas, a água irá transbordar para fora a partir do bocal. Encher a seringa com partículas de todo o caminho até à extremidade aberta. A suspensão vai atolar sob gravidade. </li><li> Use uma lâmina de barbear para remover partículas molhadas extras a partir do topo para manter essa extremidade plana. </li><li> Vire o bocal e montá-lo para a bomba de seringa. A tensão superficial vai impedir que as partículas de cair 16. </li></ol></li></ol> 3. Calibragem Antes de coletar vídeos, os parâmetros do dispositivo de imagem tem que ser definido e alinhamento de iluminação tem de ser concluída. Além disso, a resolução espacial precisa ser calibrado. <ol><li> Inicie a bomba de seringa a uma velocidade de 20 ml / h, para empurrar para fora o fluido (líquido ou suspensão de metal) a partir do bocal. </li><li> Espere até que o fluido a separar da seringa, e formar uma gota de quedaf para fazer um teste de impacto sobre o substrato de vidro. </li><li> Ajuste a posição da câmera, incluindo a sua posição vertical e orientação de imagem, para encontrar o splat no monitor do computador que se conecta à câmera. Modificar a distância de trabalho de organizar a imagem ser no plano focal, quando a taxa de reprodução da lente é fixada em 1:1. </li><li> Varie o tamanho da abertura, tempo de exposição e ângulo de iluminação para obter a melhor qualidade de imagem quando a taxa de quadros é alta o suficiente (&gt; 6.000 fps). Figura 2 (a) mostra imagens típicas tiradas pela câmera tanto para líquido eGain e uma suspensão densa. </li><li> Coloque uma régua no campo de visão (ver Figura 2 (b)) e calcular a resolução espacial pela contagem de quantas pixels encaixa em toda 1 cm. Certifique-se de que não há diferença de resolução entre as direções horizontal e vertical. </li><li> Seguir um processo de 3 etapas para medir a fração de embalagem de queda suspensão densa: <ol><li> Medir a massa da entdireito splat ira após o impacto (por exemplo, deixar cair gota em um copo de medição que podem ser pesados ​​com exactidão). </li><li> Em seguida, evapora-se todo o solvente, com um aquecedor e novamente pesar o splat obter a massa da partícula. </li><li> Calcular o volume de partículas e líquido para obter a fracção de empacotamento. Tipicamente, esta fracção de volume deve ser cerca de 60%. </li></ol></li><li> De acordo com a direção de observação (inferior ou lateral), posicione a câmera de forma adequada. Em particular, colocar a câmara ao lado do substrato para a vista lateral ou no mesmo plano do espelho reflector para imagem de fundo. </li></ol> 4. Gravação de Vídeo e Aquisição de Dados <ol><li> Após a calibração de imagem, reinicie a bomba de seringa. Ao mesmo tempo, abra o software da câmera de controle para monitorar o processo de impacto. </li><li> Defina os números pós-disparo de quadro em cerca de metade do comprimento do vídeo. Observe com cuidado quando a queda começa a se formar e manualmente trigger a câmera no momento em que destaca queda do bico. Execute alguns testes práticos antes da gravação dos dados. </li><li> Depois que os dados são gravados, cortar para baixo o vídeo para a parte que contém o impacto e salvar os vídeos como sequências de imagens para análise. </li></ol> 5. Pós-processamento e análise <ol><li> Utilizar um método de detecção limite para localizar a frente em movimento de líquido eGain medida que se espalha, o que corresponde a uma transição brusca do valor médio de pixéis (ver Figuras 3 (ab)). </li><li> A partir de imagens tanto de fundo e laterais, determinar o início salpicos de suspensão densa. </li><li> Realizar algoritmos partícula de rastreamento para obter traços de partículas individuais que escapou do splat (ver Figura 3 (c)). Em seguida, calcular a velocidade de ejecção de tais trajectórias (Figura 3 (d)). </li></ol>

<ol>
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Non-Newtonian Fluid Mech. 166, 831 (2011).</li><li>Xu, Q., Brown, E., Jaeger, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+dynamics+of+oxidized+liquid+metal+drops.">Impact dynamics of oxidized liquid metal drops.</a> Phys. Rev. E. 87, (2013).</li><li>Peters, I. R., Xu, Q., Jaeger, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Splashing+onset+in+dense+suspension+droplets.">Splashing onset in dense suspension droplets.</a> Phys. Rev. Lett. 111, (2013).</li><li>Luu, L., Forterre, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drop+impact+of+yield-stress+fluids.">Drop impact of yield-stress fluids.</a> J. 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M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Droplet+Formation+and+Scaling+in+Dense+Suspensions.">Droplet Formation and Scaling in Dense Suspensions.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109, 4389-4394 (2012).</li><li>Royer, J. R., 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=Birth+and+growth+of+a+granular+jet.">Birth and growth of a granular jet.</a> Phys. Rev. E. 78, (2008).</li><li>Paulsen, J. D., Burton, J. C., Nagel, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Viscous+to+Inertial+Crossover+in+Liquid+Drop+Coalescence.">Viscous to Inertial Crossover in Liquid Drop Coalescence.</a> Phys. Rev. Lett. 106, (2011).</li></ol>

Os autores não têm nada a revelar.

Vários passos são fundamentais para a boa realização do imaging rápido. Primeiro, câmera e lente tem que ser adequadamente configurado e calibrado. Em particular, a fim de obter alta resolução espacial, a escala de reprodução da lente deve ser mantida próxima de 1:1. Isto é especialmente importante para a visualização de suspensões densas. Além disso, o tamanho da abertura tem de ser cuidadosamente escolhida para imagiologia. Por exemplo, a observação do lado, em geral, requer uma maior profundidade de...

Impacto da queda sobre uma superfície sólida é um processo fundamental em muitas aplicações que envolvem a fabricação eletrônica 1, revestimento de pulverizador 2 e fabricação aditiva usando jato de tinta de impressão de 3,4, onde um controle preciso da queda de divulgação e salpicos é desejada. No entanto, a observação direta do impacto da queda é um desafio técnico por duas razões. Primeiro, é um processo dinâmico, complexo que ocorre dentro de uma escala de tempo muito curto (~ 100 ms) a ser trabalhada facilmente por sistemas de imagem convencionais, como microscópios ópticos e câmeras DSLR. Flash fotografia pode imagem Campo de muito mais rápido, mas não permite a gravação contínua, conforme necessário para uma análise detalhada da evolução com o tempo. Em segundo lugar, a escala de comprimento induzida por instabilidades de impacto pode ser tão pequena como 10 mM 5. Assim, para estudar o processo de impacto quantitativamente um sistema que combina a imagiologia ultra-rápida, juntamente com razoavelmente elevada resolução espacial, é frequentementedesejado. Na ausência de tal sistema, os primeiros trabalhos sobre o impacto das gotas focado principalmente na deformação geométrica global após impacto 6-8, mas foi incapaz de reunir informações sobre o tempo no início, os processos de não equilíbrio associados ao impacto, como o aparecimento de salpicos. Recentes avanços em CMOS de alta velocidade videografia de fluidos 9,12 empurraram a taxa de quadros até um milhão de fps e tempos de exposição para baixo abaixo de 1 ms. Além disso, as técnicas de imagem CCD recentemente desenvolvidos pode empurrar o frame rate bem acima de um milhão de fps 9-12. A resolução espacial, por outro lado, pode ser aumentada a fim de 1 mM / pixel usando lentes de aumento 12. Em consequência, tornou-se possível explorar em detalhe sem precedentes a influência de uma vasta gama de parâmetros físicos em vários estágios de impacto de queda e para comparar sistematicamente experiência e teoria 5,13-16. Por exemplo, a transição de salpicos em fluidos newtonianos foi fouª a ser definido pela pressão atmosfera 5, enquanto a reologia intrínseca decide a dinâmica de espalhamento de líquidos rendimento de estresse 17. Aqui, um e poderosa técnica de imagem rápido simples é introduzido e aplicado para estudar a dinâmica de impacto de dois tipos de fluidos não-newtonianos: metais líquidos e suspensões densamente. Com a exposição ao ar, essencialmente todos os metais líquidos (com excepção de mercúrio) irá desenvolver espontaneamente uma película de óxido sobre a sua superfície. Mecanicamente, a pele é encontrado para alterar a tensão superficial efectiva e capacidade de molhagem dos metais 18. Em um trabalho anterior 15, vários dos autores estudaram o processo de difusão quantitativa e foram capazes de explicar como o efeito de pele influencia a dinâmica impacto, especialmente a ampliação do raio máximo espalhando com os parâmetros de impacto. Desde metal líquido tem alta refletividade da superfície, é necessário um ajuste cuidadoso da iluminação na imagem. Suspensões umre composto por pequenas partículas em um líquido. Mesmo para líquidos newtonianos simples, a adição de partículas resulta em comportamento não-newtoniano, que se torna especialmente pronunciada em suspensões densos, isto é, a fracção de elevado volume de partículas em suspensão. Particularmente, o aparecimento de salpicos quando uma gota de suspensão atinge uma superfície lisa, dura, foi estudada no trabalho anterior 16. Ambos líquida de partículas e interações entre partículas pode alterar o comportamento salpicos significativamente do que se poderia esperar de líquidos simples. Para controlar as partículas tão pequenas quanto 80 um nestas experiências uma alta resolução espacial é necessária. Uma combinação de vários requisitos técnicos, como a resolução temporal e espacial de alta, além da capacidade de observar os impactos tanto do lado e por baixo, tudo pode ser satisfeita com a configuração de imagem descrito aqui. Ao seguir um protocolo padrão, descrito abaixo, a dinâmica de impacto pode ser investigated de uma forma controlada, como mostra explicitamente para espalhar e espirrando comportamento.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:604px;" width="605">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:103px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:167px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Gallium-Indium Eutectic</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>495425-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Hydrochloric Acid&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>320331-2.5L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Zirconium oxide</td>
			<td>Glen Mills Inc.</td>
			<td>7200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Phantom V12 &#38; V7 Fast Ccamera</td>
			<td>Vision Research</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">105mm Micro-Nikon</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">12V/200W light Source</td>
			<td>Dedolight</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Syringe Pump</td>
			<td>RAZEL</td>
			<td>MODEL R9-9E</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fast imaging technique to study drop impact dynamics of non-newtonian fluids

No campo da mecânica dos fluidos, muitos processos dinâmicos ocorrem não só em um intervalo de tempo muito curto, mas também requer alta resolução espacial para observação detalhada, os cenários que tornam mais difícil de observar, com sistemas de imagem convencionais. Um destes é o impacto de queda de líquidos, o que geralmente ocorre dentro de um décimo de milésimo de segundo. Para enfrentar esse desafio, uma técnica de imagem rápido é introduzido, que combina uma câmera de alta velocidade (capaz de até um milhão de quadros por segundo) com uma lente macro com distância de trabalho longa para trazer a resolução espacial da imagem até 10 m / pixel. A técnica de imagem permite a medição precisa da quantidade de fluido dinâmico relevantes, tais como o fluxo de campo, a distância de difusão e a velocidade de salpicos, a partir da análise do vídeo gravado. Para demonstrar as capacidades deste sistema de visualização, a dinâmica de impacto quando gotículas de fluidos não-newtonianos incidem sobre uma superfície plana e dura são caracAUTORIZADO. Duas situações são consideradas: para as gotas de metal líquido oxidados vamos nos concentrar no comportamento espalhando, e para suspensões densamente vamos determinar o aparecimento de salpicos. De modo mais geral, a combinação de resolução de imagem temporal e espacial de alta introduzida aqui oferece vantagens para o estudo de dinâmica rápida através de uma ampla gama de fenômenos em microescala.

A técnica de imagem rápido pode ser usado para quantificar se espalhando e espirrando para vários cenários de impacto. Figura 4 (a), por exemplo, mostra sequências de imagens típicas para impacto líquido eGain com diferentes pele força óxido. Ao ejectar eGain do mesmo bocal e à mesma altura de queda, as gotas com reprodutível velocidade de impacto V 0 = 1,02 ± 0,12 m / seg e um raio R 0 = 6,25 ± 0,10 mm, foram gerados. A coluna da esquerda mostra o impacto de uma queda...

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

Impacto da gota de fluidos não newtonianos, é um processo complexo uma vez que diferentes parâmetros físicos influenciar a dinâmica ao longo de um tempo muito curto (menos de um décimo de milésimo de segundo). A técnica de imagem rápido é introduzida a fim de caracterizar os comportamentos de impacto de diferentes fluidos não-newtonianos.

Técnica rápida de imagens para o Estudo de Impacto Dynamics Gota de fluidos não-newtonianos

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 ...

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12.2K visualizações.  The University of Chicago.  Impacto da gota de fluidos não newtonianos, é um processo complexo uma vez que diferentes parâmetros físicos influenciar a dinâmica ao longo de um tempo muito curto (menos de um décimo de milésimo de segundo). A técnica de imagem rápido é introduzida a fim de caracterizar os comportamentos de impacto de diferentes fluidos não-newtonianos. 

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

An experimental study is performed to measure the terminal settling velocities of spherical particles in surfactant based shear thinning viscoelastic (VES) fluids. The measurements are made for particles settling in unbounded fluids&#160;and fluids between parallel walls. VES fluids over a wide range of rheological properties are prepared and rheologically characterized. The rheological characterization involves steady shear-viscosity and dynamic oscillatory-shear measurements to quantify the viscous and elastic properties respectively. The settling velocities under unbounded conditions are measured in beakers having diameters at least 25x the diameter of particles. For measuring settling velocities between parallel walls, two experimental cells with different wall spacing are constructed. Spherical particles of varying sizes are gently dropped in the fluids and allowed to settle. The process is recorded with a high resolution video camera and the trajectory of the particle is recorded using image analysis software. Terminal settling velocities are calculated from the data.
The impact of elasticity on settling velocity in unbounded fluids is quantified by comparing the experimental settling velocity to the settling velocity calculated by the inelastic drag predictions of Renaud et al.1&#160;Results show that elasticity of fluids can increase or decrease the settling velocity. The magnitude of reduction/increase is a function of the rheological properties of the fluids and properties of particles. Confining walls are observed to cause a retardation effect on settling and the retardation is measured in terms of wall factors.

This paper demonstrates the experimental procedure to measure terminal settling velocities of spherical particles in surfactant-based shear thinning viscoelastic fluids. Fluids over a wide range of rheological properties are prepared and settling velocities are measured for a range of particle sizes in unbounded fluids and fluids between parallel walls.

Medição experimental da velocidade de assentamento de partículas esféricas em fluidos viscosticos não confinados e confinados

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

Engenharia

Time Multiplexing Super Resolving Technique for Imaging from a Moving Platform

We propose a method for increasing the resolution of an object and overcoming the diffraction limit of an optical system installed on top of a moving imaging system, such as an airborne platform or satellite. The resolution improvement is obtained in a two-step process. First, three low resolution differently defocused images are being captured and the optical phase is retrieved using an improved iterative Gerchberg-Saxton based algorithm. The phase retrieval allows to numerically back propagate the field to the aperture plane. Second, the imaging system is shifted and the first step is repeated. The obtained optical fields at the aperture plane are combined and a synthetically increased lens aperture is generated along the direction of movement, yielding higher imaging resolution. The method resembles a well-known approach from the microwave regime called the Synthetic Aperture Radar (SAR) in which the antenna size is synthetically increased along the platform propagation direction. The proposed method is demonstrated through laboratory experiment.

A method for overcoming the optical diffraction limit is presented. The method includes a two-step process: optical phase retrieval using iterative Gerchberg-Saxton algorithm, and imaging system shifting followed by repetition of the first step. A synthetically increased lens aperture is generated along the direction of movement, yielding higher imaging resolution.

Técnica Tempo Multiplexing Super Resolvendo for Imaging a partir de uma plataforma móvel

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Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned and bonded silicon wafers. Unlike confinements in porous materials often used for these types of experiments3, bonded wafers provide predesigned uniform spaces for confinement. The geometry of each cell is well known, which removes a large source of ambiguity in the interpretation of data.
Exceptionally flat, 5 cm diameter, 375 &#181;m thick Si wafers with about 1 &#181;m variation over the entire wafer can be obtained commercially (from Semiconductor Processing Company, for example). Thermal oxide is grown on the wafers to define the confinement dimension in the z-direction. A pattern is then etched in the oxide using lithographic techniques so as to create a desired enclosure upon bonding. A hole is drilled in one of the wafers (the top) to allow for the introduction of the liquid to be measured. The wafers are cleaned2 in RCA solutions and then put in a microclean chamber where they are rinsed with deionized water4. The wafers are bonded at RT and then annealed at ~1,100 &#176;C. This forms a strong and permanent bond. This process can be used to make uniform enclosures for measuring thermal and hydrodynamic properties of confined liquids from the nanometer to the micrometer scale.

A method for permanently bonding two silicon wafers so as to realize a uniform enclosure is described. This includes wafer preparation, cleaning, RT bonding, and annealing processes. The resulting bonded wafers (cells) have uniformity of enclosure ~1%1,2. The resulting geometry allows for measurements of confined liquids and gasses.

Fabricação de cavidades de nanoescala uniformes via Silicon Direct Wafer Bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

Laboratory Drop Towers for the Experimental Simulation of Dust-aggregate Collisions in the Early Solar System

For the purpose of investigating the evolution of dust aggregates in the early Solar System, we developed two vacuum drop towers in which fragile dust aggregates with sizes up to ~10 cm and porosities up to 70% can be collided. One of the drop towers is primarily used for very low impact speeds down to below 0.01 m/sec and makes use of a double release mechanism. Collisions are recorded in stereo-view by two high-speed cameras, which fall along the glass vacuum tube in the center-of-mass frame of the two dust aggregates. The other free-fall tower makes use of an electromagnetic accelerator that is capable of gently accelerating dust aggregates to up to 5 m/sec. In combination with the release of another dust aggregate to free fall, collision speeds up to ~10 m/sec can be achieved. Here, two fixed high-speed cameras record the collision events. In both drop towers, the dust aggregates are in free fall during the collision so that they are weightless and match the conditions in the early Solar System.

We present a technique to achieve low-velocity to intermediate-velocity collisions between fragile dust aggregates in the laboratory. For this purpose, two vacuum drop-tower setups have been developed that allow collision velocities between &#60;0.01 and ~10 m/sec. The collision events are recorded by high-speed imaging.

Laboratório Gota Torres para a Simulação Experimental de Colisões Dust-agregados no sistema solar precoce

For the purpose of investigating the evolution of dust aggregates in the early Solar System, we developed two vacuum drop towers in which fragile dust ...

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and polar dielectric liquids. These bridges are unique from capillary bridges in that they exhibit extensibility beyond a few millimeters, have complex bi-directional mass transfer patterns, and emit non-Planck infrared radiation. A number of common solvents can form such bridges as well as low conductivity solutions and colloidal suspensions. The macroscopic behavior is governed by electrohydrodynamics and provides a means of studying fluid flow phenomena without the presence of rigid walls. Prior to the onset of a liquid bridge several important phenomena can be observed including advancing meniscus height (electrowetting), bulk fluid circulation (the Sumoto effect), and the ejection of charged droplets (electrospray). The interaction between surface, polarization, and displacement forces can be directly examined by varying applied voltage and bridge length. The electric field, assisted by gravity, stabilizes the liquid bridge against Rayleigh-Plateau instabilities. Construction of basic apparatus for both vertical and horizontal orientation along with operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

Horizontal and vertical electrohydrodynamic liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields and polar dielectric liquids. The construction of basic apparatus and operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

A preparação de eletro Pontes de Polar dielétricos líquidos

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

Emissão espectroscópica Boundary Investigation Camada durante ablativo Teste de material em Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Dynamic Pore-scale Reservoir-condition Imaging of Reaction in Carbonates Using Synchrotron Fast Tomography

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve geologic seals and allow CO2 to escape. However, the dissolution processes at reservoir conditions are poorly understood. Thus, time-resolved experiments are needed to observe and predict the nature and rate of dissolution at the pore scale. Synchrotron fast tomography is a method of taking high-resolution time-resolved images of complex pore structures much more quickly than traditional &#181;-CT. The Diamond Lightsource Pink Beam was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 hours. The images were segmented and the porosity and permeability were measured using image analysis and network extraction. Porosity increased uniformly along the length of the sample; however, the rate of increase of both porosity and permeability slowed at later times.

Synchrotron fast tomography was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 h.

Pore ​​escala dinâmica Reservatório-condição de imagem de Reacção em Carbonatos Usando Síncrotron Tomografia rápido

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve ...

Dielectric RheoSANS &#8212; Simultaneous Interrogation of Impedance, Rheology and Small Angle Neutron Scattering of Complex Fluids

A procedure for the operation of a new dielectric RheoSANS instrument capable of simultaneous interrogation of the electrical, mechanical and microstructural properties of complex fluids is presented. The instrument consists of a Couette geometry contained within a modified forced convection oven mounted on a commercial rheometer. This instrument is available for use on the small angle neutron scattering (SANS) beamlines at the National Institute of Standards and Technology (NIST) Center for Neutron Research (NCNR). The Couette geometry is machined to be transparent to neutrons and provides for measurement of the electrical properties and microstructural properties of a sample confined between titanium cylinders while the sample undergoes arbitrary deformation. Synchronization of these measurements is enabled through the use of a customizable program that monitors and controls the execution of predetermined experimental protocols. Described here is a protocol to perform a flow sweep experiment where the shear rate is logarithmically stepped from a maximum value to a minimum value holding at each step for a specified period of time while frequency dependent dielectric measurements are made. Representative results are shown from a sample consisting of a gel composed of carbon black aggregates dispersed in propylene carbonate. As the gel undergoes steady shear, the carbon black network is mechanically deformed, which causes an initial decrease in conductivity associated with the breaking of bonds comprising the carbon black network. However, at higher shear rates, the conductivity recovers associated with the onset of shear thickening. Overall, these results demonstrate the utility of the simultaneous measurement of the rheo-electro-microstructural properties of these suspensions using the dielectric RheoSANS geometry.

Dielectric RheoSANS &amp;#8212; Simultaneous Interrogation of Impedance, Rheology and Small Angle Neutron Scattering of Complex Fluids

Here, we present a procedure for the measurement of simultaneous impedance, rheology and neutron scattering from soft matter materials under shear flow.

RheoSANS dielétricas - Interrogation simultânea de impedância, Reologia e pequeno ângulo de espalhamento de nêutrons de Fluidos Complexos

A procedure for the operation of a new dielectric RheoSANS instrument capable of simultaneous interrogation of the electrical, mechanical and ...

Measurements of Soil Carbon by Neutron-Gamma Analysis in Static and Scanning Modes

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of gamma rays created when neutrons interact with soil elements. The main parts of the INS system are a pulsed neutron generator, NaI(Tl) gamma detectors, split electronics to separate gamma spectra due to INS and thermo-neutron capture (TNC) processes, and software for gamma spectra acquisition and data processing. This method has several advantages over other methods in that it is a non-destructive in situ method that measures the average carbon content in large soil volumes, is negligibly impacted by local sharp changes in soil carbon, and can be used in stationary or scanning modes. The result of the INS method is the carbon content from a site with a footprint of ~2.5 - 3 m2 in the stationary regime, or the average carbon content of the traversed area in the scanning regime. The measurement range of the current INS system is &#62;1.5 carbon weight % (standard deviation &#177; 0.3 w%) in the upper 10 cm soil layer for a 1 hmeasurement.

Here, we present the protocol for in situ measurement of soil carbon using the neutron-gamma technique for single point measurements (static mode) or field averages (scanning mode). We also describe system construction and elaborate data treatment procedures.

Medições de carbono no solo por nêutrons-Gamma análise estática e modos de digitalização

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of ...

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

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous studies on flowing liquid films have neglected the contributions of spatial structures of waves to the impact outcome, while this has recently been shown to have a significant influence on the drop impact dynamics. In this report, we outline a step-by-step procedure to investigate the effect of periodic inlet forcing of a flowing liquid film leading to the production of spatiotemporally regular wave structures on drop impact dynamics. A function generator in connection with a solenoid valve is used to excite these spatiotemporally regular wave structures on the film surface while the impact dynamics of uniform-sized droplets are captured using a high-speed camera. Three distinct regions are then studied; viz. the capillary wave region preceding the large wave peak, the flat film region, and the wave hump region. The effects of important dimensionless quantities such as film Reynolds, drop Weber and Ohnesorge numbers parameterized by the film flow rate, drop speed, and drop size are also examined. Our results show interesting, hitherto undiscovered dynamics brought about by this application of film inlet forcing of the flowing film for both low and high inertia drops.

A protocol to study the contributions of waves to droplet impact dynamics on flowing liquid films is presented.

Controle de filme para estudar as contribuições das ondas a dinâmica de impacto da gota em filmes líquido fluindo fino

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