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
Description: Watch this Scientific Journal Video about Film Control to Study Contributions of Waves to Droplet Impact Dynamics on Thin Flowing Liquid Films at JoVE.com

Bu eser petrol Teknoloji Geliştirme Fonu (PTDF, Nijerya) ve mühendislik ve Fizik Bilimleri Araştırma Konseyi, Birleşik Krallık, programı hibe MEMPHIS (hibe EP/K003976/1 numaralı) aracılığıyla tarafından sponsor oldu. Yazarlar ayrıca Dr. Zhizhao Che ile verimli tartışmalar için teşekkür ederiz.

1. deneysel teçhizat Kur
Not: Bkz. Şekil 1.
<ol><li>
Düşen film birimi
	<ol>
<li>Substrat (cam) yüzey temiz, yumuşak bir bezle temizlemeye başlar. Hiç kir yok sıvı özelliklerini değiştirmek onun yüzeye yapıştırılır emin olun.</li>
		<li>Cam alt katman pivot için istediğiniz eğim açısını ayarla. Bir eğim açısı β, 15˚, bu çalışmada kullanılmıştır.</li>
		<li>Elektrikli pompa geçiş yapmak ve daha fazla cam yüzey temizlemek için film yüzeyindeki normal bir sıvı akışını sağlamak. Bu iş için test sıvı deiyonize su oldu.</li>
		<li>Belgili tanımlık substrate tüm yüzey ıslak olduğundan emin olun.</li>
		<li>Akış ölçer kullanarak film debi ölçer. Bu iş için akış hızı 1.667 10-3 x ve 10 x 10-3 m3/s ile ilgili film Reynolds sayısı, yeniden ρq =arasında çeşitli / 55.5 ve 333 arasında değişenwµ,. w düşen film, 0,30 m genişliğidir.</li>
		<li>Yavaş yavaş vanaları cam alt katman üzerinde istenen akış hızı elde etmek için akış bağlantı ayarlayın.</li>
		<li>Film giriş, mikrometre adıma film giriş veya bir geri tepme Hava dağıtım odasına bir hidrolik atlama önlemek için seçilen akış hızı, karşılık gelen yaptığı çalışmalarda ünlü film kalınlığı değerleri kümesi ayarlamak.</li>
		<li>El ile dağıtım odasında film yüzeyinde akıntı yönünde tek tip bir akış almak için tüm hava sifon.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Film kontrol ünitesi
	<ol>
<li>İşlev üreteci solenoid vana veri alma kartı (DAC) ile bir sigara bağlantıIı röle üzerinden bağlı olduğundan emin olun.</li>
		<li>Solenoid vana ve işlev üreteci geçiş yapar.</li>
		<li>İşlev üreteci için istenen zorlanıyor frekansı ayarla. Bu çalışmada, 2 ve 3 Hz frekansları kullanılmıştır.</li>
		<li>İstenen dalga sinyali (sinüs dalga, testere dişi dalga, kare dalga, vb) seçin. Bu çalışmada, bir sinüs dalga sinyali kullanılmıştır. Şekil 2A ve 2B'yi kontrolsüz bir film ve kontrollü bir film arasındaki karşıtlığı göster.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Damlacık üretimi sistemi
	<ol>
<li>Temiz plastik bir boru su dolu bir şırınga iliştirin.</li>
		<li>Şırınga damlacık Jeneratör'e yerleştirin.</li>
		<li>Bir şırınga iğne (bağlı olarak istenilen damlacık çapı) seçilen boyutta plastik boru diğer ucunu yapıştırmayın. Okudu damlacık çapı aralığı 0.0023-0.0044 m arasında yapıldı.</li>
		<li>Film yüzey üstünde belgili tanımlık damla sonbahar yüksekliğini ayarlayın. Bu çalışmada, bırak 's düşme yüksekliği, 0.005 0,45 0.30 ± 0,02 - 2.96 ± arasında etkisi hız vermek için çeşitli 0,06 m/s.</li>
		<li>Benzer şekilde, film giriş--dan belgili tanımlık damla streamwise etkisi noktasını belirlemek. Bu Bu eser 0.3 m dalgaların etkisi önce iyi biçimlendirilmiş olduğundan emin olmak için kurulmuştur.</li>
		<li>İstenen debi şırınga pompa için ayarlayın.</li>
		<li>Bir damlacık üretimi frekans dalga boyu film yüzeyinde oluşan dalgalar daha büyük ulaşmak için akış hızı ayarlamak; damla gittikçe kontrollü film farklı bölgelerinde vurmak emin olmak için. Şekil 2Cgörmek; tekil bir dalga formu her bölge19,20altında akışı profilde farklılıkları göstermek için Şekil 2B bir genişleme ile.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Yüksek hızlı görüntüleme kurulumu
	<ol>
<li>Kamera bir tripod stand (veya herhangi bir diğer uygun düzenleme) yerleştirin.</li>
		<li>İstenen odak uzaklığı ile makro lens seçin ve bu fotoğraf makinesine bağlayın.</li>
		<li>Yüksek hızlı kamera geçin ve film yüzeyine doğrudan odak sağlamak. 7˚ ve 12˚ yatay ve dikey sapmaları sırasıyla film yüzeye kameraya hizalayın. Bu sırasıyla 67,5 µm/piksel ve streamwise ve spanwise yönde 46.6 µm/piksel çözünürlüğe sonuçlanan çarpma işlemi mükemmel yan görünümü görüntüsünü verir.</li>
		<li>Damlacık etkisi tam olarak spot yerleştirilen bir kalibrasyon öğesini kullanarak odak kamera objektifi (adlı en büyük diyafram) ayarlayın.</li>
		<li>Keskin odak alındıktan sonra yalnızca küçük bir miktar ışık fotoğraf makinesine girdiği emin olmak için diyafram azaltmak.</li>
		<li>İstenilen çerçeve hızı, çözünürlük ve yüksek hızlı fotoğraf makinesinin çekim hızı ayarlayın. 5000 fps, 800 x 600 çözünürlük, kare hızı diyafram boyutu 1/16 ve 1 µs obtüratör hızını Bu çalışmada kullanılmıştır.</li>
		<li>Işık difüzör ışık kaynağı önünde ışık düzgün görüntüleme bölgede yayılmış emin olmak için Şekil 1 ciçinde gösterildiği gibi yerleştirin.</li>
		<li>Üniforma ışık görüntüleme alanı üzerinde yayılan onaylamak için ışık kaynağının gücüyle.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Kalibrasyon
Not: Bkz. Şekil 3.
<ol><li>Bir cetvel film akışı yönde (pek yer etkisi üzerinde) koyun ve anlık görüntülerini film yüzeyinde ölçülen puan elde etmek.</li>
	<li>Tekrar 2.1 ama spanwise yönde cetvel ile.</li>
	<li>Yukarıda film yüzeyindeki uzamsal çözünürlük elde etmek için kullanın.</li>
</ol>3. video kaydı ve veri toplama
<ol><li>Film akışı alete kurulduktan sonra şırınga pompa başlangıç ve film yüzeyindeki damlama damla etkisini gözlemlemek.</li>
	<li>İşlev üreteci başlatın ve üretim film yüzeyindeki spatiotemporally düzenli dalgaların gözlemlemek.</li>
	<li>Birbirini izleyen damla kontrollü film yüzeyinin farklı bölgeleri etkileyen vardır emin olun.</li>
	<li>Çerçeve numarası ve bütün bunları sonrası harekete geçirilmesine karşılık gözlemlemek yeterince etkisi yakalamak için video uzunluğu yaklaşık yarısı.</li>
	<li>Işık kaynağı ve tetikleyici bir etkisi oluşur bir kez görüntü yakalama gücüyle.</li>
	<li>Görüntü yakalama sıvı film ısınmayı önlemek tamamlandıktan sonra ışık kaynağı kapatma.</li>
	<li>Görsel olarak bilgisayar ekranında elde edilen anlık görüntü analiz. Etkisi bir düz film, kapiller dalga, meydana geldi denetleyin veya kambur bölgeler el salla.</li>
	<li>Etki işlemi gösteren bölümüne video aşağı trim ve çerçeve aralığı bir video/resim biçiminde kaydedin.</li>
	<li>3.5-3.8 ve kayıt bireysel etkiyi tüm bölgelerinde viz. yalnız kambur, kapiller dalgalar ve düz film film yüzeyindeki yineleyin.</li>
</ol>4. görüntü sonrası işleme ve analiz
<ol><li>Görüş alanı içinde bir cetvel yerleştirin ve uzaysal çözünürlüğü kaç piksel 1 cm kalibrasyon görüntü kullanarak genelinde uyacak şekilde sayarak hesaplamak, görüntü boyutu ölçüm için bir ölçek faktörü elde edilir.</li>
	<li>Yüksek hızlı görüntülerden farklı etkisi bölgeler üzerindeki etkisi işleminin sonuçları karşılaştırın. Önemli farkları görmek için kontrol edin.</li>
	<li>Bir uygun MATLAB görüntü işleme yordamı kullanarak ölçmek ürünün etkisi sürecinin özellikleri özellikleri: sıçramasına modunda yani ölçmek taç yüksekliği, çap, et kalınlığı, açı, taç bakan yönü, sayı ve boyutu yatır Dağıtım çkarlyor ikincil damlacıkları.</li>
	<li>Düşük-Weber etkileri için 4.3 olarak benzer kantitatif analizleri taşımak. Kont uydu çimdik-off zaman zaman çerçeveli imge--dan damla ve tepe uzunluk ve çimdik-off ikincil damla önce kısmi birleştirme oluşan sütun genişliğini ölçmek. Çkarlyor ikincil damla boyutunu ölçmek. Art arda sıralı tekrarlanan bir tutam-off süreç içinde saymak.</li>
	<li>Her bölgedeki tüm nitel farklılıkları gözlemlemek.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Yarin, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drop+impact+dynamics:+Splashing,+spreading,+receding,+bouncing&#8230;.">Drop impact dynamics: Splashing, spreading, receding, bouncing&#8230;.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 38, 159-192 (2006).</li><li>Rein, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phenomena+of+liquid+drop+impact+on+solid+and+liquid+surfaces.">Phenomena of liquid drop impact on solid and liquid surfaces.</a> Fluid Dynamics Research. 12 (2), 61-93 (1993).</li><li>Liang, G., Mudawar, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+mass+and+momentum+interactions+during+drop+impact+on+a+liquid+film.">Review of mass and momentum interactions during drop impact on a liquid film.</a> International Journal of Heat and Mass Transfer. 101, 577-599 (2016).</li><li>Dam, D. B., Le Clerc, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+study+of+the+impact+of+an+ink-jet+printed+droplet+on+a+solid+substrate.">Experimental study of the impact of an ink-jet printed droplet on a solid substrate.</a> Physics of Fluids. 16 (9), 3403-3414 (2004).</li><li>Worthington, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> A study of splashes. , (1908).</li><li>Edgerton, H. E., Killian, J. 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> Flash! Seeing the unseen by ultra-high-speed photography. , (1954).</li><li>Josserand, C., Thoroddsen, S. T. <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+on+a+solid+surface.">Drop impact on a solid surface.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 48, 365-391 (2016).</li><li>Kolinski, J. M., Mahadevan, L., Rubinstein, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lift-off+instability+during+the+impact+of+a+drop+on+a+solid+surface.">Lift-off instability during the impact of a drop on a solid surface.</a> Physical Review Letters. 112 (13), 134501 (2014).</li><li>Hobbs, P. V., Osheroff, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Splashing+of+drops+on+shallow+liquids.">Splashing of drops on shallow liquids.</a> Science. 158 (3805), 1184-1186 (1967).</li><li>Adomeit, P., Renz, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrodynamics+of+three-dimensional+waves+in+laminar+falling+films.">Hydrodynamics of three-dimensional waves in laminar falling films.</a> International Journal of Multiphase Flow. 26 (7), 1183-1208 (2000).</li><li>Blanchette, F., Bigioni, T. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+of+drop+coalescence+at+fluid+interfaces.">Dynamics of drop coalescence at fluid interfaces.</a> Journal of Fluid Mechanics. 620, 333-352 (2009).</li><li>Wang, A. B., Chen, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Splashing+impact+of+a+single+drop+onto+very+thin+liquid+films.">Splashing impact of a single drop onto very thin liquid films.</a> Physics of Fluids. 12 (9), 2155-2158 (2000).</li><li>Che, Z., Deygas, A., Matar, O. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+droplets+on+inclined+flowing+liquid+films.">Impact of droplets on inclined flowing liquid films.</a> Physical Review E. 92 (2), 023032 (2015).</li><li>Craster, R. V., Matar, O. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+and+stability+of+thin+liquid+films.">Dynamics and stability of thin liquid films.</a> Reviews of Modern Physics. 81 (3), 1131 (2009).</li><li>Adebayo, I. T., Matar, O. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Droplet+impact+on+flowing+liquid+films+with+inlet+forcing:+the+splashing+regime.">Droplet impact on flowing liquid films with inlet forcing: the splashing regime.</a> Soft Matter. 13 (41), 7473-7485 (2017).</li><li>Chang, H. H., Demekhin, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Complex wave dynamics on thin films. 14, (2002).</li><li>Liu, J., Gollub, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solitary+wave+dynamics+of+film+flows.">Solitary wave dynamics of film flows.</a> Physics of Fluids. 6 (5), 1702-1712 (1994).</li><li>Benjamin, T. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wave+formation+in+laminar+flow+down+an+inclined+plane.">Wave formation in laminar flow down an inclined plane.</a> Journal of Fluid Mechanics. 2 (6), 554-573 (1957).</li><li>Kalliadasis, S., Ruyer-Quil, C., Scheid, B., Velarde, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Falling liquid films. 176, (2011).</li><li>Adebayo, I., Xie, Z., Che, Z., Matar, O. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Doubly+excited+pulse+waves+on+thin+liquid+films+flowing+down+an+inclined+plane:+An+experimental+and+numerical+study.">Doubly excited pulse waves on thin liquid films flowing down an inclined plane: An experimental and numerical study.</a> Physical Review E. 96 (1), 013118 (2017).</li><li>Turitsyn, K. S., Lai, L., Zhang, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Asymmetric+Disconnection+of+an+Underwater+Air+Bubble:+Persistent+Neck+Vibrations+Evolve+into+a+smooth+Contact.">Asymmetric Disconnection of an Underwater Air Bubble: Persistent Neck Vibrations Evolve into a smooth Contact.</a> Physical Review Letters. 103, 124501 (2009).</li><li>Miskin, M. Z., 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=Droplet+Formation+and+Scaling+in+Dense+Suspensions.">Droplet Formation and Scaling in Dense Suspensions.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109, 4389-4394 (2012).</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> Physical Review Letters. 103, 114501 (2011).</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> Physical Review E. 78, 011305 (2008).</li></ol>

Yazarlar bildirmek için bir şey yok.

Bu bölümde, biz birkaç ipucu nitel sonuçlar Protokolü elde edilen sağlamak için gerekli sağlar. İlk olarak, hangi sıvı film akışı tamamen kir-sıvı film özelliklerini sağlamak için free tutulmalıdır cam alt katman kusursuz tutulur. Bu (muhtemelen uygun bir deterjan kullanarak ve sisteme dağılmasına önlemek için bir tepsi üzerinde sonunu) düzenli temizlik tarafından ulaşılabilir. Benzer şekilde, doğru sonuçlar sağlamak için deneysel bir tur sonra tüm test-sıvı yerine düzenli olmalıdır.
İkinci olarak, sıvı-dağıtım odası iyi dövülmüş olmalı ve aynı zamanda hava-outflowing sıvı film düzgün olduğundan emin olmak için sıkı tuttu. Bu el ile dağıtım kutusu her deneme önce havamız Sifonlama tarafından yapılabilir. Mikrometre-adımları film giriş kullanımı ayrıca ilgili Reynolds sayısı adlı film akışı yaptığı çalışmalarda ünlü tahmininin tarafından tahmin tam film kalınlığı film koya boşluğu yüksekliği ayarlamak için tavsiye edilir. Bu-ecek önlemek bir hidrolik sıçrama veya giriş, geri tepme.
Solenoid vana işleyişi de her zaman kontrol ve düzgün tespit. Uygun bir nabız akışının zorla dalgalar üretimini sağlamak için gerekli olmasıdır. Bu düzenli klik sesi solenoid vana olarak algılanan bir nabız bağlantı boruları boyunca üzerinden iade edilmesi. Enjektör pompa içine sıvı akış hızı da dikkatle damlacıkları düşmeden önce ön ivmelerini kaçınarak bir damlama şekilde kayıtlık emin olmak için ayarlanması gerekir.
Çok doğru sonuçlar elde etmek için yüksek hızlı kamera uygun kalibrasyon sağlanmış olur gerekir. Diyafram boyutu da alan derinliği, çekim hızı ve genel görüntü parlaklığını gibi parametreleri dikkate dikkatle seçilmelidir. Kameranın video kayıt sırasında tetikleme, kullanıcılar da kaç kare uyarının harekete geçirilmesine karşılık önce kaydedilmesi gereken tahmin etmek zorundadırlar. Bu kişilerle damla etkisi süreye bağlı olarak değişebilir, bu nedenle, birkaç deneme testleri uygulamak için önce gerçek ölçümleri tavsiye edilir. Benzer şekilde, ışık kaynağı düzgün bir şekilde düzenlenmiş ve görüntünün gölgelerde en aza indirmek için iyi dağınık olması gerekir.
Unutmayın ve bu nedenle düzenli dalga yapıları oluşumu temel fizik doğru bir çalışma için önemlidir çalışmanın ana odak düşen damlalar, etkisi dinamikleri için dalgaların katkıları olduğunu hatırlamak önemlidir. Nerede dalga yapıları hızla geçiş için üç boyutlu yapılar gözlenir senaryolarda, bu substrat eğim açısı dalga yapıları daha yavaş bir geçişi kolaylaştırmak için azaltılmış14,19 yaşına tavsiye edilir .
Teknik bir sınırlama bir ölçüm cihazı gerçek anlık film kalınlığı etkisi her bölge üzerinde belirtme yokluğu görülmektedir. Bu ek ayrıntılar üzerinde genel gözlenen olayları sağlayabilirdi.
Özet olarak, bu raporda özetlenen yordamı açıklanan yüksek hızlı görüntüleme sistemi ile hızlı dynamics sıvı damla ayrılık21, gibi birçok araştırma alanlarına uygulanan iken basit dalga evrim dinamikleri, eğitim için de kullanılabilir 22/coalescence23, taneli jetleri24, vb nerede önemli olayları mikro bir zaman ölçeği gözlenir.

Damlacık darbe doğada çok yaygın bir olgudur ve herhangi bir meraklı gözlemci1dikkat çekiyor. Sprey soğutma, yangın söndürme, mürekkep püskürtmeli baskı, sprey-kaplama, birikimi lehim diken üstünde baskı devre kartları, içten yanmalı motor tasarımı da dahil olmak üzere çok sayıda uygulamaları nedeniyle bir etkin araştırma alanı teşkil eder, Yüzey Temizleme ve hücre-baskı2. Uygulama ayrıca tarım için Yağmurlama Sulama ve3,4püskürtme kırpma Örneğin, uzanır. Öncü çalışma tarihi19 yy, önemli gelişmeler sadece yüksek hızlı görüntüleme6ortaya çıkması nedeniyle son zamanlarda yapılmış iken Worthington5, iş ile . O zamandan beri çeşitli çalışmalar yapıldığını; katı madde7,8, sığ,9 ve derin sıvı havuzları10,11 ince filmleri12,13' e kadar etkisi yüzeylerin farklı türleri'ni kullanma.
Ancak, araştırma (Yani, sığ ve derin havuzları ve durgun filmler) sıvı yüzeylerde damlacık etkisi büyük miktarda rağmen çok ilgi olarak akan ince sıvı filmler üzerinde etkisi almamıştır. Buna ek olarak, şimdiye kadar çalışmalar damlacık darbe dynamics için dalgaların kayma yapıları katkılarıyla ihmal ettim.
Bu rapor halinde akan filmleri kimin dynamics giriş-zorlayarak sıvı akış oranı etkilenmiştir damlacık darbe süreci araştırmak için ayrıntılı deneysel yönerge sunar; Aşağıda, onları 'kontrol' filmleri bakın. Özellikle film denetimi konusunda önemli bir adım olmuştur gibi bunlar (soğutmaÖrneğin, kuleleri, damıtma sütunlarda ve ayrıca anüler akış rejimi iki aşamalı akışlarında gözlemlenen) çok fazlı sektörlerde sayısız uygulama var bulmak ısı ve kütle transferi birçok işlem sanayi14yoğunlaştırılması. Baktılar okuyucu bizim önceki çalışma15 araştırma aramaktaki bu sonuçları hakkında daha fazla bilgi için denir.
Frekans salınımlarını film yüzeyinde düzenli dalgaların oluşumunda giriş akış hızı sonuçlarının bu uygulama. Yaygın olarak ayrılmış dar doruklarına tarafından esas karakterizedir ve front-running kapiller dalgalar16,17,18bir dizi tarafından öncesinde yalnız dalga ailesinin odaklanmak. Biz üç ana bölümden yalnız dalga yapısı ile ilişkili etkileri sonucu çalışma: 'düz film', 'dalga kambur' ve front-running 'kapiller dalga' bölgeleri. Ayrıca bu kontrolsüz akan filmleri ile ilişkili ile bu sonuçlar kontrast. Dalga görünüm kontrolsüz filmde Stokastik niteliği belirgin damla etkisi, sonucu kontrollü film Ayrıca biz yeni mekanizmalar gösteren ayrı bölgeleriyle etkiler bizim sonuçları göstermek her ikisi de niteliksel ayrıntılı ve nicelik.
Önceki kağıt15, aynı yordam kullanılarak film denetimi damlacık darbe dynamics sıçramasına rejim üzerinde etkisini okudu. Elde edilen sonuçlar çkarlyor ikincil damlacıkları numarası ve boyut dağılımı yanı sıra taç morfoloji (yükseklik, çap, et kalınlığı, tilt açı ve yön) nicel ve nitel farklılıkları gösterdi.
Bu raporda, biz bu kayma yapılar damlacık darbe dynamics ve aynı zamanda bizim bulgular sadece sıçramasına rejim aynı zamanda damlacık diğer sonuçlar için mevcut az ve öz ayrıntılarını oynadığı kritik rolü anlamak için tasarlanmış kurulum tarif etkisi (sıçrayan, kayma, kısmi/toplam birleştirmesırasıyla ). Aşağıda açıklanan standart iletişim kuralı takip ederek, film denetimi damlacık darbe dinamikleri üzerinde etkisini bir tekrarlanabilir biçimde okudu.

<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

Damlacık darbe doğada çok yaygın bir olgudur ve estetik hayranlık ve geniş kapsamlı uygulamalar nedeniyle dikkat çekiyor. Bu son zamanlarda açılan etkisi dinamikleri üzerinde önemli bir etkisi olduğu gösterilmiştir iken akan sıvı filmleri üzerine önceki çalışmalar dalgalarının etkisi sonucu mekansal yapılar katkılarıyla ihmal var.. Bu raporda, akan bir sıvı film spatiotemporally düzenli dalga yapıları üretim için damla etkisi dinamikleri üzerinde önde gelen periyodik giriş zorlamadan etkisini araştırmak için adım adım bir yordam anahat. İşlev üreteci bir solenoid vana ile bağlantılı olarak üniforma ölçekli damlacıkları etkisi dinamikleri yüksek hızlı bir kamera ile yakalanır ise bu spatiotemporally normal dalga yapıları film yüzeyindeki heyecanlandırmak için kullanılır. Üç ayrı bölgeye daha sonra çalıştı; sırasıyla en büyük dalga tepe, düz film bölge ve dalga kambur bölge önceki kapiller dalga bölge. Film Reynolds, gibi önemli boyutsuz miktarları etkileri bırakın Weber ve film akış hızı, damla hız ve damla büyüklüğüne göre parametreli Ohnesorge numaraları da incelenir. Bizim sonuçlar şimdiye kadar keşfedilmemiş dynamics film her iki düşük ve yüksek atalet damla için akan filmin giriş zorlamaktan bu uygulama tarafından getirilen ilginç gösterir.

Watch this Scientific Journal Video about Film Control to Study Contributions of Waves to Droplet Impact Dynamics on Thin Flowing Liquid Films at JoVE.com

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

Damlacık darbe dinamikleri üzerinde akan sıvı filmler dalgaları katkılarıyla eğitim için bir protokol sunulmuştur.

Katkıları için damlacık darbe dinamikleri ince akan sıvı filmler üzerinde dalgaların çalışmaya film denetimi

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

film-control-to-study-contributions-waves-to-droplet-impact-dynamics

Research

JoVE Journal

Engineering

7.4K Görüntüleme.  Imperial College London. Damlacık darbe dinamikleri üzerinde akan sıvı filmler dalgaları katkılarıyla eğitim için bir protokol sunulmuştur.

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

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.

Non-Newtonian Akışkanlar Bırak Etkisi Dynamics Eğitim Hızlı Görüntüleme Tekniği

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 ...

Mühendislik

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.

Azaltılmış Damlacık-yüzey etkileşiminden yararlanarak Dijital Mikroakiskan içinde Bioanalytes ulaşımı optimize etmek

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.

Bir Hareketli Yüzeyde Yüksek Hızlı Sıvı Jet birikiminin Görselleştirme

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.

Tek dağılımlı mikro damlacıklar boyutu kontrollü Formasyonu için Kılcal tabanlı Santrifüj mikroakışkan Cihaz

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.

Faz-inversiyon ortak akış yapısıyla mikrosıvısal kapiller aygıtı kullanarak yüksek viskozite damlacıkları imalatı

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

Kimya

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.

Poli (etilen glikol) Diacrylate damlacıklar yoluyla yarı-3 boyutlu akış odaklanarak mikrosıvısal cihazlar boyutu kontrol nesil

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.

Görsel olarak bağlı normal yüzeylerde yeni başlayan parçacık çekimde karakterizasyonu: çalkantılı koşullarına Laminer üzerinden

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.

Düşen küreler değişmiş sıvı ve Impactor yüzey koşulları ile derin sıvı bir havuzu üzerinde etkileri

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.

Optik kol metodu ile bir damlacık ile süper hidrofobik substrat arasındaki etkileşim gücünü ölçme

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.

Sıvı Damlacık Etkilerinin Yüksek Elde LiAnalizi

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