Bu eser Office deniz araştırma tarafından (ONR N00014-15-1-0020) [Tkacik ve Keanini] desteklenen ve Kuzey Carolina Üniversitesi Charlotte'un Motorsporları Araştırma Lab. medya Rosler tarafından bağışlanan parlatma, gerçekleştirilen.

<ol>
	<li>Berne, B. J., Pecora, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Dynamic Light Scattering. , (1976).</li><li>Boon, J. P., Yip, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Molecular Hydrodynamics. , (1980).</li><li>Brown, J. C., Pusey, P. N., Goodwin, J. W., Ottewill, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light+scattering+study+of+dynamic+and+time-averaged+correlations+in+dispersions+of+charged+particles.">Light scattering study of dynamic and time-averaged correlations in dispersions of charged particles.</a> J. Phys. A: Math Gen. 5 (8), 664-682 (1975).</li><li>Wainwright, T. E., Alder, B. J., Gass, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Decay+of+time+correlations+in+two+dimensions.">Decay of time correlations in two dimensions.</a> Phys. Rev. A. 4, 233-236 (1971).</li><li>Evans, D. J., Morriss, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Statistical Mechanics of Nonequilibrium Liquids. , (2007).</li><li>Levesque, D., Verlet, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computer+"experiments"+on+classical+fluids,+III.+time-dependent+self+correlation+functions.">Computer "experiments" on classical fluids, III. time-dependent self correlation functions.</a> Phys. Rev. A. 2, 2514-2528 (1970).</li><li>Levesque, D., Ashurst, W. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-time+behavior+of+the+velocity+autocorrelation+function+for+a+fluid+of+soft+repulsive+particles.">Long-time behavior of the velocity autocorrelation function for a fluid of soft repulsive particles.</a> Phys. Rev. Lett. 33, 277-280 (1970).</li><li>Lovesey, S. W., Lovesey, S. W., Springer, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Dynamics of solids and liquids by neutron scattering. , (1977).</li><li>Forster, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Hydrodynamic fluctuations, broken symmetry, and correlation functions. , (1990).</li><li>Mountain, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generalized+hydrodynamics.">Generalized hydrodynamics.</a> Adv. Mol. Relax. Processes. 9, 225-291 (1977).</li><li>Zwanzig, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-correlation+functions+and+transport+coefficients+in+statistical+mechanics.">Time-correlation functions and transport coefficients in statistical mechanics.</a> Ann. Rev. Phys. Chem. 16, 67-102 (1965).</li><li>Keanini, R. G., 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=Macroscopic+liquid-state+molecular+hydrodynamics.">Macroscopic liquid-state molecular hydrodynamics.</a> Sci. Rep. 7, 41658 (2017).</li><li>Kushick, J., Berne, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+attractive+forces+in+self-diffusion+in+dense+Lennard-Jones+fluids.">Role of attractive forces in self-diffusion in dense Lennard-Jones fluids.</a> J. Chem. Phys. 59 (7), 3732-3736 (1973).</li><li>Mullany, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+application+of+computational+fluid+dynamics+to+vibratory+finishing+processes.">The application of computational fluid dynamics to vibratory finishing processes.</a> CIRP Annals. , (2017).</li><li>Fleischhauer, E., Azimi, F., Tkacik, P. T., Keanini, R. G., Mullany, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+particle+imaging+velocimetry+(PIV)+to+vibrational+finishing.">Application of particle imaging velocimetry (PIV) to vibrational finishing.</a> J. Mater. Process. Technol. 229, 322-328 (2016).</li><li>Navare, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Experimental and computational evaluation of a vibratory finishing process. , (2017).</li><li>Bolmatov, V., Brazhkin, V., Trachenko, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+phonon+theory+of+liquid+thermodynamics.">The phonon theory of liquid thermodynamics.</a> Sci. Rep. 2, 421 (2012).</li><li>Elton, D. C., Fernandez-Serra, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+hydrogen-bond+network+of+water+supports+propagating+optical+phonon-like+modes.">The hydrogen-bond network of water supports propagating optical phonon-like modes.</a> Nat. Commun. 7, 10193 (2016).</li><li>Pathria, R. K., Beale, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Statistical mechanics. , (2011).</li><li>Gibbs, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Elementary principles in statistical mechanics. , (1902).</li><li>Toda, M., Kubo, R., Saito, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Statistical physics I. , (1992).</li><li>Kubo, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Statistical+mechanical+theory+of+irreversible+processes.">Statistical mechanical theory of irreversible processes.</a> I. J. Phys. Soc. Japan. 12, 570-586 (1957).</li><li>Kubo, R., Toda, M., Hashitsume, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Statistical physics II: nonequilibrium statistical mechanics. , (1991).</li></ol>

Yazarlar ifşa gerek yok.

Sıkıştırılmış tahıl yığınları makroskopik analogları moleküler hidrodinamik işlemleri soruşturma için kullanmak için bir deneyci gerekir, bir yandan, öğrenmek ve dört temel ölçü birimlerinin kullanın ve diğer taraftan, denge birkaç temel unsurları master ve denge istatistiksel mekanik. İlk deneysel ölçümler odaklanarak, bu içerir: i) bireysel tahıl dinamiği tek-parçacık hızı otokorelasyon işlevi, zaman ortalama/uzun-zamanlı-ölçekli yüzey tahıl hız ölçümü II) ölçümü il...

Moleküler hidrodinamik dinamikleri ve bireysel moleküllerin istatistiksel mekanik ve koleksiyonları içinde sıvı moleküllerinin çalışmaları. Moleküler hidrodinamik sistemleri1,2, ışık saçılma1,2,3, moleküler dinamik simülasyon4eğitimi için geliştirilen birçok deneysel teknik arasında 5,6,7 ve daha az bir ölçüde, esnek olmayan nötron saçılma8 en yaygın olarak kullanılmıştır. Ne yazık ki, önemli kısıtlamalar için ikinci iki teknik iliştirin. Moleküler dinamiği (MD) simülasyonları, örneğin: i) olan sınırlı küçük kayma ve temporal <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56632/56632eq1.jpg"> görece az sayıda molekülleri içeren etki alanları <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56632/56632eq2.jpg"> </img>, II) kullanılmasını gerektiren yaklaşık arası parçacık potansiyelleri III) genellikle periyodik tanıtmak sınır koşulları, denge toplu akış koşulları ve IV altında geçersiz) şu anda, nasıl moleküler ölçekli dinamikleri, tek molekülleri ya da moleküllerin koleksiyonları içeren temel soruya cevap veremez etkilenen ve çift toplu olarak, denge sıvı akış geri döndü. Nötron saçılma ile ilişkili ana sınırlama nötron ışın kaynaklarının mevcut sınırlı sayıda erişim zorluğu bağlıdır.
Bu makalede sunulan analog deneysel tekniği için bağlam sağlamak için basit yoğun gaz ve sıvı-devlet sıvılar için uygulanan ışık saçılım teknikleri vurgulayın. Bir tipik ışık saçılması deneyi polarize lazer ışık ışını sabit sıvı örnek içeren bir küçük sorgulama birime yönlendirilir. Örnek içinde molekülleri saçılan ışık sonra olay ışın göre sabit bir açıyla algılanır. Bağlı olarak moleküler dinamik rejimi ilgi, algılama ve dağınık ışık sinyali analizini içerir ışık filtreleme veya ışık algılama yöntemleri karıştırma. Berne ve Pecora1tarafından belirtildiği gibi filtreleme teknikleri, hangi zamanında sıvı devlet moleküler dinamiği yoklama daha kısa ölçekler <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56632/56632eq3.jpg"> s, sonrası saçılmasını Girişmölçeri veya kırınım ızgara tanıtmak ve spektral yoğunluğu tarama izin dağınık ışık. Optik yavaş zaman ölçekli dynamics için kullanılan teknikler, karıştırma <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/56632/56632eq4.jpg"> s, buna karşılık, dağınık sinyal spektral içeriğini ölçülen dağınık ışıktan çıkarılan bir sonrası saçılmasını autocorrelator veya spektrum analizörü, dahil yoğunluk.
Genel olarak, lazer probları, en az bu spektrum görünür aralığında işletim devlet dışı sıvı molekülleri arasındaki karakteristik aralığı daha uzun dalga boyları var. Bu şartlar altında sonda ışın heyecanlandıran beş toplu, yavaş zaman ölçeği, uzun dalga boyu hidrodinamik modları2,9,10 (karakteristik çarpışma Frekansa göre yavaş): iki viscously sönümlü, ses dalgaları, iki edilişi, tamamen diffusive vorticity modu ve bir tek diffusive termal (entropi) modu karşı yayılıyor. Kıvırma modları enine yönde heyecanlı iken ses modları olay ışın (boyuna) yönünde heyecanlı mısın.
Teknikleri, kalp denge ve denge moleküler, istatistiksel mekaniği yalan iki temel soru saçılma tamamen deneysel dikkate alınarak sıvı-devlet sistemleri, ışık ve nötron saçılma ölçüleri dışında kalır: 1) klasik Newtonian dynamics veya kuantum dinamiği, tabi bireysel sıvı-devlet moleküller rasgele, çarpışma - ve alt-collision-zaman-ölçek dinamiği içinde değişiklik titiz bağımsız değişkenleri9,11 gösteri genelleştirilmiş Langevin denklemler (k) şeklinde. K'ın, sırayla, bir merkezi teorik araç denge istatistiksel mekanik yoğun gaz ve sıvı olarak insan oluşturmaktadır. Ne yazık ki, bireysel (makromoleküllerin olmayan) molekülleri dinamikleri de saçılma tekniği ile çözümlenemeyen beri şu anda k'ın geçerliliğini sınamak için doğrudan yolu yoktur, MD simülasyonları, ötesinde. 2) makroskopik sürekliliği akışkan dinamiği kalbinde yatan temel bir hipotez de microscale moleküler hidrodinamik, manzara arz ediyor bu üzerinde uzunluğu - ve zaman-ölçekler büyük molekül çapları ve çarpışma kez, ama küçük süreklilik göre göreli uzunluk ve zaman ölçekler, yerel termodinamik denge (LTE) hakim. Sürekli akış ve ısı transferi modelleri, Navier-Stokes (NS) denklemler gibi LTE gerekli9 özünde denge, süreklilik ölçekli akışı ve enerji taşıma özellikleri çift için varsayılır — hangi tarihlerde viskoz kesme vurguluyor ve Termal iletken — kesinlikle denge termodinamik özellikleri, sıcaklık ve iç enerji gibi. Aynı şekilde, bu microscale momentum ve enerji taşıma özünde denge süreçler, birleştiğinde, microscale kitle, görünümünü yansıtan iken bu microscale süreçlerin momentum ve enerji akımları, modelleri varsayalım akımları LTE9küçük tedirginlikler temsil eder. Yine, bizim bilgi en iyi şekilde, LTE varsayım doğrudan hiçbir deneysel test edilmiştir. Özellikle, görünen o ki hiçbir moleküler hidrodinamik saçılma deneyler yoğun, hareketli, denge sıvı akışı içinde çalıştı.
Bu yazıda, biz hangi makroskopik, tek parçacık ve toplu parçacık dinamiği sıkıştırılmış tahıl kazık, standart parçacık görüntüleme velosimetri (PIV), kullanarak ölçülen dolaylı olarak tahmin etmek için kullanılabilir bir analog deneysel teknik anahat, yorumlamak ve tek ve çoklu molecule hidrodinamik yoğun gaz ve sıvı bulaşmasına neden. Önerilen tekniği etkinleştirmek fiziksel ve teorik öğeleri bizim grup12tarafından yayınlanan son kağıt belirtilmiştir. Deneysel, makroskopik sistem sergilemek gerekir: (zayıf) sigara denge dalgalanmaları taklit yerel, macroscale istatistiksel mekanik denge ve (ii) küçük, doğrusal hareketle denge doğru sürekli (i) bir eğilim içinde gözlenen Moleküler hidrodinamik sistemleri. Teorik olarak: (i) klasik microscale modelleri, denge ve zayıf-sigara-denge istatistiksel mekaniği yoğun açıklayan etkileşen N-parçacık sistemleri macroscale formunda değişiklik gerekir ve güvenilir bir şekilde elde edilen (II macroscale modelleri gerekir Tek ve birden çok parçacık dinamiği, kısa, parçacık-çarpışma-zaman-ölçekler uzun, Sürenim-akış-zaman-ölçekler için tahmin.
Burada, detaylı bir deneysel protokol yanı sıra yeni tekniği ile elde edilen temsilcisi sonuçlar mevcut. MD simülasyonları ve ışık ve nötron saçılma yöntemleri aksine yeni tekniği, ilk kez, akan, güçlü denge, yoğun gaz ve sıvı içinde moleküler hidrodinamik işlemlerin ayrıntılı bir çalışma sağlar.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Vibratory Polishing Bowl</td>
			<td>Raytech</td>
			<td>AV-75</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flow Meter</td>
			<td>Peristaltic Pumps</td>
			<td>913 Mity Flex</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scale</td>
			<td>Pelouze</td>
			<td>4040</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triaxial Accelerometer</td>
			<td>PCB Piezotronics</td>
			<td>PCB 356B11</td>
			<td>Accelerometer with Sensor Signal Conditioner</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data Acquisition Computer</td>
			<td>IBM</td>
			<td>Thinkpad</td>
			<td>Used with high speed camera</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High Speed Camera</td>
			<td>Redlake</td>
			<td>Motionxtra HG-XR</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zoom Lens</td>
			<td>Tamron</td>
			<td>Model A18</td>
			<td>18-250mm F/3.5-6.3&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High intensity Light</td>
			<td>ARRI</td>
			<td>EB 400/575 D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data Processing Computer</td>
			<td>Dell</td>
			<td>Dell Precision Tower 7910</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PIV Software&#160;</td>
			<td>Dantec Dynamics</td>
			<td>Dynamic Studio 2013</td>
			<td>version 3.41.38</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data Acquisition Hardware</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>SCXI</td>
			<td>SCXI-1000 Chasis with SCXI 1100 Card and SCXI 1303 Adapter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data Acquisition Software</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>LabVIEW 2012</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data Processing Software</td>
			<td>MATHWORKS</td>
			<td>MATLAB</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polishing Media</td>
			<td>Rosler</td>
			<td>RSG 10/10S</td>
			<td>Multiple media types used (mixed, spherical, triangular)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polishing Solution</td>
			<td>Rosler</td>
			<td>FC KFL (3%)</td>
			<td>3% soap solution with water</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ruled Scale</td>
			<td>Swiss Precision Instruments</td>
			<td>13-911-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graduated Cylinder</td>
			<td>Global Scientific</td>
			<td>601082</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an analog macroscopic technique for studying molecular hydrodynamic processes in dense gases and liquids

Moleküler ölçekli hidrodinamik süreçlerinde yoğun gaz ve sıvı çalışmak için bir analog, makroskopik yöntemi açıklanmıştır. Ölçmek için bir standart sıvı dinamik tanı, partikül imaj velosimetri (PIV), teknik geçerlidir: i) hızları bireysel parçacıkların (tahıl), kısa, tahıl-çakışmasıyla kaybolmamış zaman ölçekler, II) sistemleri hem kısa parçacıkların hızları çarpışma-zaman - ve uzun, sürekli akışı zaman ölçekleri III) yoğun moleküler sıvıları ve IV bulunduğunun bilinmesi toplu hidrodinamik modları) kısa ve uzun-zamanlı-ölçekli hızı otokorelasyon işlevler, parçacık ölçekli dinamiklerini anlamak için merkezi güçlü etkileşim, yoğun sıvı sistemleri. Temel sistem bir görüntüleme sistemi, ışık kaynağı, titreşim sensörleri, bilinen bir ortam ve PIV ve analiz yazılımı ile titreşim sistemi oluşmaktadır. Gerekli deneysel ölçümler ve zaman ölçeği moleküler hidrodinamik süreçleri çalışmaya analog tekniği kullanarak gerekli teorik araçlar bir taslağını vurgulanır. Önerilen tekniği fotonik nispeten kolay bir alternatif sağlar ve nötron saçılma yöntemleri geleneksel olarak moleküler hidrodinamik çalışmalarda kullanılan ışınla.

Temsilcisi sonuçlarını sunan, biz sürekli-zaman-ölçek işlemleri bu gözlenen ve tahmini olarak zaman-ölçekler üzerinde bakın <img alt="Equation 25" src="/files/ftp_upload/56632/56632eq25.jpg"> bu kadar karakteristik tahıl çarpışma zaman ölçeği göre çoğu <img alt="Equation 26" src="/files/ftp_upload/56632/56632eq26.jpg"> <img alt="Equation 27" src="/files/ftp_upload/56632/56632eq27.jpg"> ve parçacık-zaman-ölçek işler bu gözlenen ve zaman-ölçe...

Watch this Scientific Journal Video about An Analog Macroscopic Technique for Studying Molecular Hydrodynamic Processes in Dense Gases and Liquids at JoVE.com

An Analog Macroscopic Technique for Studying Molecular Hydrodynamic Processes in Dense Gases and Liquids

Moleküler hidrodinamik oluşum yoğun sıvılar içinde çalışmak için deneysel olarak erişilebilir bir analog yöntem sunulmaktadır. Teknik partikül imaj velosimetri sıkıştırılmış, yüksek-restitüsyon tahıl kazık kullanır ve doğrudan, makroskopik gözlem dinamik süreçlerin bilinen ve güçlü etkileşim, yüksek yoğunluk gaz ve sıvı var tahmin sağlar.

Moleküler hidrodinamik süreçlerinde yoğun gaz ve sıvı için Analog bir makroskopik yüntem

An analog, macroscopic method for studying molecular-scale hydrodynamic processes in dense gases and liquids is described. The technique applies a ...

an-analog-macroscopic-technique-for-studying-molecular-hydrodynamic

Education

Research

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Engineering

Chemistry

Civil Engineering

Unit 1

Vectors and Scalars

Fluid Dynamics

Gases

SCIENTISTS IN ACTION

8.4K Görüntüleme.  University of North Carolina at Charlotte. Moleküler hidrodinamik oluşum yoğun sıvılar içinde çalışmak için deneysel olarak erişilebilir bir analog yöntem sunulmaktadır. Teknik partikül imaj velosimetri sıkıştırılmış, yüksek-restitüsyon tahıl kazık kullanır ve doğrudan, makroskopik gözlem dinamik süreçlerin bilinen ve güçlü etkileşim, yüksek yoğunluk gaz ve sıvı var tahmin sağlar.