Name: methods for measuring the orientation and rotation rate of 3d-printed particles in turbulence
Uploaded: 2016-06-24T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Methods for Measuring the Orientation and Rotation Rate of 3D-printed Particles in Turbulence at JoVE.com

Biz tasarlanmış ve kullandığımız görüntü sıkıştırma sistemi inşa Susantha Wijesinghe teşekkür ederim. Biz NSF hibe DMR-1208990 destek kabul.

Parçacıkların 1. Fabrikasyon <ol><li> parçacık modeller oluşturmak için bir 3D Bilgisayar Destekli Çizim programını kullanın. kullanılan 3D yazıcı tarafından işlenebilecek bir dosya biçiminde model başına bir dosya aktarın. <ol><li> 0.3 mm çapında bir daire çizmek için daire komutunu kullanın. 3 mm kadar bir uzunluğa sahip bir silindir yapmak a&#39;ya işlevini kullanın. </li><li> ortak bir merkezden iki ortogonal silindir ile bir haç yapmak; Ortak merkezi ile karşılıklı üç dikey sili...

<ol>
	<li>Marcus, G., Parsa, S., Kramel, S., Ni, R., Voth, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurements+of+the+Solid-body+Rotation+of+Anisotropic+Particles+in+3D+Turbulence.">Measurements of the Solid-body Rotation of Anisotropic Particles in 3D Turbulence.</a> New J. Phys. 16, 102001 (2014).</li><li>Bretherton, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+motion+of+rigid+particles+in+a+shear+flow+at+low+Reynolds+number.">The motion of rigid particles in a shear flow at low Reynolds number.</a> J. Fluid Mech. 14 (02), 284-304 (1962).</li><li>Oullette, N., Xu, H., Bodenschatz, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+quantitative+study+of+three-dimensional+Lagrangian+particle+tracking+algorithms.">A quantitative study of three-dimensional Lagrangian particle tracking algorithms.</a> Exp. in Fluids. 40 (2), 301-313 (2006).</li><li>Parsa, S., Calzavarini, E., Toschi, F., Voth, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rotation+Rate+of+Rods+in+Turbulent+Fluid.">Rotation Rate of Rods in Turbulent Fluid.</a> Phys. Rev. Lett. 109 (13), 134501 (2012).</li><li>Parsa, S., Voth, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inertial+Range+Scaling+in+Rotations+of+Long+Rods+in+Turbulence.">Inertial Range Scaling in Rotations of Long Rods in Turbulence.</a> Phys. Rev. Lett. 112 (2), 024501 (2014).</li><li>Tsai, 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+versatile+camera+calibration+technique+for+high-accuracy+3d+machine+vision+metrology+using+off-the-shelf+tv+cameras+and+lenses.">A versatile camera calibration technique for high-accuracy 3d machine vision metrology using off-the-shelf tv cameras and lenses.</a> IEEE Journal of Robotics and Automation. 3 (4), 323-344 (1987).</li><li>Blum, D., Kunwar, S., Johnson, J., Voth, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+nonuniversal+large+scales+on+conditional+structure+functions+in+turbulence.">Effects of nonuniversal large scales on conditional structure functions in turbulence.</a> Phys. Fluids. 22 (1), 015107 (2010).</li><li>Mann, J., Ott, S., Andersen, J. S. <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+relative,+turbulent+diffusion.">Experimental study of relative, turbulent diffusion.</a> RISO Internal Report. , (1999).</li><li>Chan, K., Stich, D., Voth, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+image+compression+for+high-speed+particle+tracking.">Real-time image compression for high-speed particle tracking.</a> Rev. Sci. Instrum. 78 (2), 023704 (2007).</li><li>Goldstein, H., Poole, C., Safko, 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> Classical Mechanics, 3rd Edition. , 134-180 (2002).</li><li>Parsa, 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> Rotational dynamics of rod particles in fluid flows. , (2013).</li><li>Wijesinghe, 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> Measurement of the effects of large scale anisotropy on the small scales of turbulence. , (2012).</li><li>Wallace, J., Foss, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Measurement+of+Vorticity+in+Turbulent+Flows.">The Measurement of Vorticity in Turbulent Flows.</a> Annu. Rev. Fluid Mech. 27, 469-514 (1995).</li><li>Su, L., Dahm, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scalar+imaging+velocimetry+measurements+of+the+velocity+gradient+tensor+field+in+turbulent+flows.+I.+Assessment+of+errors.">Scalar imaging velocimetry measurements of the velocity gradient tensor field in turbulent flows. I. Assessment of errors.</a> Phys. Fluids. 8, 1869-1882 (1996).</li><li>L&#252;thi, B., Tsinober, A., Kinzelbach, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lagrangian+measurement+of+vorticity+dynamics+in+turbulent+flow.">Lagrangian measurement of vorticity dynamics in turbulent flow.</a> J. Fluid Mech. 528, 87-118 (2005).</li><li>Frish, M., Webb, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+measurement+of+vorticity+by+optical+probe.">Direct measurement of vorticity by optical probe.</a> J. Fluid Mech. 107, 173-200 (1981).</li><li>Zimmerman, 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=Tracking+the+dynamics+of+translation+and+absolute+orientation+of+a+sphere+in+a+turbulent+flow.">Tracking the dynamics of translation and absolute orientation of a sphere in a turbulent flow.</a> Rev. Sci. Instrum. 82 (3), 033906 (2011).</li><li>Zimmerman, 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=Rotational+Intermittency+and+Turbulence+Induced+Lift+Experienced+by+Large+Particles+in+a+Turbulent+Flow.">Rotational Intermittency and Turbulence Induced Lift Experienced by Large Particles in a Turbulent Flow.</a> Phys. Rev. Lett. 106 (15), 154501 (2011).</li><li>Klein, S., Gibert, M. a. t. h. i. e. u., B&#233;rut, A., Bodenschatz, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+3D+measurement+of+the+translation+and+rotation+of+finite-size+particles+and+the+flow+field+in+a+fully+developed+turbulent+water+flow.">Simultaneous 3D measurement of the translation and rotation of finite-size particles and the flow field in a fully developed turbulent water flow.</a> Meas. Sci. Technol. 24 (2), 1-10 (2013).</li><li>Bellani, G., Byron, M., Collignon, A., Meyer, C., Variano, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shape+effects+on+turbulent+modulation+by+large+nearly+neutrally+buoyant+particles.">Shape effects on turbulent modulation by large nearly neutrally buoyant particles.</a> J. Fluid Mech. 712, 41-60 (2012).</li></ol>

girdap ve türbülanslı sıvı akışı parçacıkların dönme Ölçümler uzun deneysel akışkanlar mekaniği önemli hedefler olarak kabul edilmiştir. türbülans küçük kürelerin katı cisim dönme yarı sıvı girdap eşittir, ancak kürelerin dönme simetrisi zor onların katı cisim dönme doğrudan ölçüm yaptı. Geleneksel olarak, sıvı girdap karmaşık, çok-sensörü kullanılarak ölçülen sıcak telli 14 irdeler. Ancak bu sensörler sadece büyük ortalama hıza sahip airflows tek nokt...

Son yayında, biz türbülans 1 parçacıkların dönme hareketini ölçmek için birden fazla ince kollar yapılan parçacıklarının kullanımını tanıttı. Bu parçacıklar 3D yazıcıları kullanılarak imal ve doğru bir şekilde pozisyon, yönünü ölçmek mümkündür, ve dönme hızı birden fazla kamera kullanarak yapılabilir. Ince vücut teoriden araçları kullanarak, parçacıklar etkili elipsoitler 2 mukabil olması gösterilebilir ve bu parçacıkların dönme hareketlerinin, ilgili etkin elipsoidinin özdeştir. eşit uzunlukta simetrik silah ile Parçacıklar küreler gibi döndürün. Bu tür bir parçacık merkezine tutturulması karşılıklı üç dikey kollara sahip bulunmaktadır, bir kriko, bir. Bir kriko kolları göreli uzunlukları ayarlama herhangi üç eksenli elipsoit bir parçacık eşdeğer oluşturabilir. bir kol uzunluğu sıfıra eşit ise, bu kimin eşdeğer elipsoid bir disk, bir haç, oluşturur. Narinlik yapılan partiküllerinkollar kendi katı elipsoidal meslektaşları katı hacminin küçük bir kısmını kaplar. Bunun bir sonucu olarak, bu yoğunluk maça daha kolay hale daha yavaş tortu. Bu katı madde, elips şeklinde tanecikler ile uygun daha büyük parçacıkların çalışma sağlar. parçacıklar diğer parçacıklar bir ışık daha küçük bir bölümü engellediği Ayrıca, görüntüleme daha yüksek partikül konsantrasyonlannda gerçekleştirilebilir. Bu yazıda, imalat ve 3D baskılı parçacıkların izleme yöntemleri belgelenmiştir. Birden fazla kamera tarafından görüldüğü gibi parçacık pozisyonlarından küresel parçacıkların öteleme hareketini izlemek için Araçlar birçok grup 3,4 ile geliştirilmiştir. Parsa ve ark., 5 birden fazla kamera tarafından görülen çubuklar konumunu ve yönünü kullanarak çubukları izlemek için bu yaklaşımı uzatıldı. Burada, şekillerde çeşitli parçacıkların imal edilmesi ve 3D yönelimleri yeniden için yöntemler sunmaktadır. Bu th sunuyorE olasılığı, yeni geniş bir uygulama yelpazesine karmaşık şekilli parçacıkların 3B izleme genişletmek. Bu teknik, çünkü dizayn edilebilir parçacık şekillerinin geniş daha da geliştirilmesi için büyük bir potansiyele sahiptir. Bu şekillerin çoğu plankton, tohumlar ve buz kristalleri şekillerin geniş bir dizi gelir çevre akımları doğrudan uygulamalar var. Parçacık rotasyonlar ve türbülanslı akışların 6 temel küçük ölçekli özellikleri arasındaki bağlantılar bu parçacıkların dönme çalışma çalkantılı çağlayan sürecine bakmak için yeni yollar sağladığını göstermektedir.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Condor Nd:YAG 50W laser</td>
			<td>Quantronics</td>
			<td>532-30-M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High speed camera</td>
			<td>Basler</td>
			<td>A504k</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High speed camera</td>
			<td>Mikrotron</td>
			<td>EoSens Mc1362</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rhodamine-B</td>
			<td>ScienceLab.com</td>
			<td>SLR1465</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Hydroxide</td>
			<td>Macron</td>
			<td>7708</td>
			<td>Pellets.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>500 Connex 3D printer</td>
			<td>Objet</td>
			<td></td>
			<td>Used to make smaller particles. Particles ordered from RP+M (rapid prototyping plus manufacturing).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VeroClear</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>RGD810</td>
			<td>Objet build material.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Form 1+ 3D printer</td>
			<td>Formlabs</td>
			<td></td>
			<td>Used to make larger particles.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clear Form 1 Photopolymer Resin</td>
			<td>Formlabs</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cylindrical and spherical lenses</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>200, 100, 50 mm macro camera lenses</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>F-mount.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonic bath</td>
			<td>Sonicator</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium Chloride</td>
			<td>Spectrum Chemical Mfg. Corp.</td>
			<td>CAS 10043-52-2</td>
			<td>Pellets.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LabVIEW System Design Software</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td></td>
			<td>Used to trigger cameras, control grid, and trigger laser.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>XCAP Software</td>
			<td>EPIX</td>
			<td></td>
			<td>Used with LabVIEW to trigger cameras.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>Mathworks</td>
			<td></td>
			<td>Used for all image and data analysis. Programs for extracting 3D orientations from multiple images are included with this publication.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OpenPTV: Open Source Particle Tracking Velocimetry</td>
			<td>OpenPTV Consortium</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ParaView</td>
			<td>Kitware</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AutoCAD</td>
			<td>AutoDesk</td>
			<td></td>
			<td>Used to design all particles. Screenshots of particle designs are all of AutoCAD.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mesh with 0.040 x 0.053 inch holes</td>
			<td>Industrial Netting</td>
			<td>XN5170&#8211;43.5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Camera filters</td>
			<td>Schneider Optics</td>
			<td>B+W 040M</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

methods for measuring the orientation and rotation rate of 3d-printed particles in turbulence

Deney Yöntemi: düzensiz sıvı akışlarında anizotropik parçacıkların dönme ve öteleme hareketini ölçmek için sunulmaktadır. 3D baskı teknolojisi ortak merkezi bağlanmış ince kol sahip partiküller imal etmek için kullanılır. keşfedilmeyi şekiller haçlar (iki dik çubuklar), krikolar (üç dik çubuklar), üçlü (üçgen düzlemsel simetri üç çubuklar) ve tetraddan (tetrahedral simetri içinde dört kol). 10.000 floresan boyanmış parçacıkların sırasına üretilmesi için yöntemler tarif edilmiştir. Onların yönelim ve katı cisim dönme hızının zamana bağımlı ölçümler bu nispeten düşük Reynolds sayısı akışında R λ = 91. ile ızgaraları salınımlı arasında türbülanslı akışta kendi hareket dört senkronize videolar elde edilir, advected parçacıklar kadar küçük onlar elipsoidal izleyici parçacıkları yaklaştığına. Biz parçacıkların konum ve yönelim olarak zaman çözülmüş 3D yörüngeleri sonuçlarını sunmakde kendi dönme oranları ölçümleri gibi.

Şekil 3a, Euler bir arsa yukarıdaki kamera birinden bir tetrad bir görüntü yörünge (Şekil 3c) bir bölümü temin açıları göstermektedir. Şekil 3b, Protokolün 5. açıklanan oryantasyon bulma algoritması, sonuçları - 5.3, tetrad resmin üzerine bindirilmiş. Şekil 3a tetrad silah modeli oluşturmak için kullanılan basit yoğunluk dağılımları (Protokol 5.1.3.1) takip etmeyin. Bu durum özellikle de...

Watch this Scientific Journal Video about Methods for Measuring the Orientation and Rotation Rate of 3D-printed Particles in Turbulence at JoVE.com

Methods for Measuring the Orientation and Rotation Rate of 3D-printed Particles in Turbulence

We use 3D printing to fabricate anisotropic particles in the shapes of jacks, crosses, tetrads, and triads, whose alignments and rotations in turbulent fluid flow can be measured from multiple simultaneous video images.

Oryantasyon ve dönme hızının ölçülmesi yöntemleri türbülansına tanecikler 3D basılmış

Experimental methods are presented for measuring the rotational and translational motion of anisotropic particles in turbulent fluid flows. 3D printing ...

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Engineering

Physics

Mechanical Engineering

Unit 1

3-Dimensional Kinetics of a Rigid Body

Dynamics of Rotational Motions

SCIENTISTS IN ACTION

Encapsulation and Permeability Characteristics of Plasma Polymerized Hollow Particles

Plazma Polimerize Hollow Parçacıkların Encapsulation ve Geçirgenlik Özellikleri

In this protocol, core-shell nanostructures are synthesized by plasma enhanced chemical vapor deposition. We produce an amorphous barrier by plasma ...

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

Sınırlanmamış ve Sınırlı Yüzey Aktif Bazlı Kesme Viskoelastik Sıvılarda Küresel Parçacıkların Yerleşme Hızının Deneysel Ölçümü

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

Automation of Mode Locking in a Nonlinear Polarization Rotation Fiber Laser through Output Polarization Measurements

Çıktı Polarizasyon Ölçümler aracılığıyla Doğrusal Olmayan Polarizasyon Rotasyon Fiber Lazer Mod Kilitleme Otomasyonu

When a laser is mode-locked, it emits a train of ultra-short pulses at a repetition rate determined by the laser cavity length. This article outlines a ...

Three-dimensional Particle Tracking Velocimetry for Turbulence Applications: Case of a Jet Flow

Türbülans Uygulamaları için üç boyutlu Parçacık Takip Akımları: Jet Akış Örneği

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic ...

A High Performance Impedance-based Platform for Evaporation Rate Detection

Buharlaşma Hızı Algılama için bir Yüksek Performanslı Empedans tabanlı Platformu

This paper describes the method of a novel impedance-based platform for the detection of the evaporation rate. The model compound hyaluronic acid was ...

Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

Lazerle Projeksiyonlu Fototermal Termografi Kullanılarak Yapısal Isıtma Yöntemiyle Alt Yüzey Kusurlu Lokalizasyonu

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering ...

A 3D-printed Chamber for Organic Optoelectronic Device Degradation Testing

3D baskı odası için organik opto-elektronik aygıt bozulması test

In this manuscript, we outline the manufacture of a small, portable, easy-to-use atmospheric chamber for organic and perovskite optoelectronic devices, ...

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

Ex Situ ve yapısal dönüşümleri in Situ soruşturma yöntemleri: Metalik gözlük kristalleşme olgusu

We demonstrate the use of two nuclear-based analytical methods that can follow the modifications of microstructural arrangement of iron-based metallic ...

Applicability Analysis of Assessment Methods for Morphological Parameters of Corroded Steel Bars

Değerlendirme yöntemleri aşınmış çelik barlar morfolojik parametreleri için uygulanabilirlik Analizi

The irregular and uneven residual sections along the length of a corroded steel bar substantially change its mechanical properties and significantly ...

Simultaneous Measurement of Turbulence and Particle Kinematics Using Flow Imaging Techniques

Eş zamanlı ölçüm türbülans ve akış görüntüleme teknikleri kullanarak parçacık kinematik

Numerous problems in scientific and engineering fields involve understanding the kinematics of particles in turbulent flows, such as contaminants, marine ...