Name: film control to study contributions of waves to droplet impact dynamics on thin flowing liquid films
Uploaded: 2018-08-18T13:00:00
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

Questo lavoro è stato sponsorizzato dal petrolio Technology Development Fund (PTDF, Nigeria) e ingegneria e Physical Sciences Research Council, Regno Unito, attraverso il programma Grant MEMPHIS (concessione numero EP/K003976/1). Gli autori apprezzano anche discussioni fruttuose con Dr. Zhizhao Che.

1. sperimentale Rig installazione
Nota: Vedere la Figura 1.
<ol><li>
Unità della pellicola di caduta
	<ol>
<li>Iniziare a pulire la superficie del substrato (vetro) con un panno pulito e morbido. Garantire che nessuna sporcizia si aderisce alla sua superficie, che potrebbe alterare le proprietà del liquido.</li>
		<li>Impostare il perno del substrato vetro sull'angolo di inclinazione desiderata. Un angolo di inclinazione, β, di 15 ˚ è stato utilizzato in questo lavoro.</li>
		<li>Accendere la pompa elettrica e garantire un normale flusso di liquido sulla superficie della pellicola per pulire ulteriormente il substrato di vetro. Per questo lavoro, il liquido di prova era acqua deionizzata.</li>
		<li>Garantire che l'intera superficie del substrato è bagnata.</li>
		<li>Misurare la portata di film utilizzando il misuratore di portata. Per questo lavoro, il tasso di flusso era varia tra 1,667 x 10-3 e 10 x 10-3 m3/s con il film corrispondente numero di Reynolds, Re = ρq/wµ, che spaziano tra 55,5 e 333. w è la larghezza del film cadente, 0,30 m.</li>
		<li>Regolare gradualmente le valvole di collegamento di mandata per ottenere la portata desiderata sul substrato di vetro.</li>
		<li>Regolare il set di passo micrometro all'ingresso della pellicola per il valore di spessore di pellicola Nusselt corrispondente per la portata selezionate, per evitare un salto idraulico presso l'ingresso di pellicola o un riflusso di aria nella camera di distribuzione.</li>
		<li>Manualmente sifone tutta l'aria nella camera di distribuzione per ottenere un flusso uniforme a valle sulla superficie del film.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Unità di controllo pellicola
	<ol>
<li>Assicurarsi che il generatore di funzione è collegato all'elettrovalvola attraverso un relè senza ritenuta tramite una scheda di acquisizione dati (DAC).</li>
		<li>Accendere il generatore di funzione e l'elettrovalvola.</li>
		<li>Impostare il generatore di funzioni per la frequenza di forzatura desiderata. In questo lavoro, frequenze Hz 2 e 3 sono state usate.</li>
		<li>Scegliere il segnale desiderato onda (onda sinusoidale, onde a dente di sega, onda quadra, ecc.). In questo lavoro, è stato utilizzato un segnale sinusoidale. Figura 2A e 2B mostrano il contrasto tra un film incontrollato e una controllata.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Sistema di generazione di goccia
	<ol>
<li>Collegare un tubo plastico pulito una siringa piena d'acqua.</li>
		<li>Inserire la siringa il generatore della gocciolina.</li>
		<li>Apporre una siringa di dimensioni selezionate (a seconda del diametro desiderato gocciolina) l'altra estremità del tubo di plastica. La gamma di diametro gocciolina studiata era tra 0,0023 a 0,0044 m.</li>
		<li>Regolare l'altezza di caduta della goccia sopra la superficie della pellicola. In questo lavoro, altezza di caduta della goccia è stato variato da 0,005 a 0,45 m, dando la velocità di impatto tra 0,30 ± 0.02 - 2.96 ± 0.06 m/s.</li>
		<li>Allo stesso modo, è possibile impostare il punto di impatto longitudinale della goccia dall'ingresso di pellicola. Questa è stata impostata su 0,3 m in quest'opera affinché che le onde sono ben formate prima dell'impatto.</li>
		<li>Impostare una portata desiderata per la pompa a siringa.</li>
		<li>Regolare il flusso per ottenere una frequenza di generazione di gocciolina maggiore della lunghezza d'onda delle onde formate sulla superficie del film; affinché le gocce successivamente incidono sulle diverse regioni del film controllato. Vedere Figura 2; con un ingrandimento di una singolare forma d'onda in Figura 2D per mostrare le differenze nel profilo di flusso sotto ogni regione19,20.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Installazione di imaging ad alta velocità
	<ol>
<li>Posizionare la fotocamera su un treppiede (o qualsiasi altro accordo adatto).</li>
		<li>Selezionare l'obiettivo macro con lunghezza focale desiderata e collegare questo alla fotocamera.</li>
		<li>Accendere la fotocamera ad alta velocità e garantire la messa a fuoco diretto sulla superficie del film. Allineare la telecamera alle deviazioni orizzontali e verticali, 7˚ e 12˚, rispettivamente per la superficie della pellicola. Questo dà un'ottima immagine di lato-vista del processo di impatto, risultante in una risoluzione di 67,5 µm/pixel e 46,6 µm/pixel in direzione longitudinale e spanwise, rispettivamente.</li>
		<li>Regolare il fuoco dell'obiettivo della fotocamera (presso la più grande apertura) utilizzando un elemento di taratura posizionato esattamente sull'impatto delle gocce spot.</li>
		<li>Una volta ottenuta una messa a fuoco nitida, ridurre l'apertura per garantire solo una piccola quantità di luce che entra nella fotocamera.</li>
		<li>Impostare la frequenza di aggiornamento desiderata, la risoluzione e la velocità dell'otturatore della macchina fotografica ad alta velocità. Un frame rate di 5000 fps, risoluzione 800x600, aperture size 1/16, e una velocità di scatto di 1 µs sono stati utilizzati in questo lavoro.</li>
		<li>Posizionare il diffusore di luce davanti alla fonte di luce, come mostrato nella Figura 1, per garantire che la luce viene diffusa uniformemente in tutta la regione di imaging.</li>
		<li>Accendere la fonte di luce per confermare la diffusione uniforme della luce sopra l'area di imaging.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. taratura
Nota: Vedere la Figura 3.
<ol><li>Mettere un righello nella direzione del flusso di pellicola (esattamente sul luogo dell'impatto) e ottenere istantanee di punti misurati sulla superficie del film.</li>
	<li>Ripetere a 2,1 ma con il righello in direzione spanwise.</li>
	<li>Utilizzare quanto sopra per ottenere le risoluzioni spaziali sulla superficie del film.</li>
</ol>3. registrazione video e acquisizione dati
<ol><li>Una volta stabilita la portata di pellicola su rig, avviare la pompa a siringa e osservare l'impatto delle gocce gocciolare sulla superficie del film.</li>
	<li>Avviare il generatore di funzione e osservare la produzione di onde spatiotemporally regolari sulla superficie del film.</li>
	<li>Garantire abbassamenti incidono le diverse regioni della superficie del film controllato.</li>
	<li>Osservare post-l'intervento numero di telaio e impostare questo approssimativamente alla metà della lunghezza dei video per catturare adeguatamente l'impatto.</li>
	<li>Accendere la sorgente luminosa e il grilletto la cattura delle immagini una volta che si verifica un impatto.</li>
	<li>Spegnere la fonte di luce una volta completata per evitare il surriscaldamento del liquido film cattura delle immagini.</li>
	<li>Analizzare visivamente l'istantanea ottenuta sullo schermo del computer. Controllare per vedere se si è verificato l'impatto su uno della pellicola piana, onda capillare, o Gobba regioni delle onde.</li>
	<li>Rintuzzare il video alla parte mostrando il processo di impatto e salvare l'intervallo di fotogrammi in un formato di video e immagini.</li>
	<li>Ripetere 3.5-3.8 e record individuo impatto su tutte le regioni sulla superficie del film, vale a dire. solitario gobba, onde capillari e pellicola piana.</li>
</ol>4. analisi e post-elaborazione delle immagini
<ol><li>Posizionare un righello nel campo visivo e calcolare la risoluzione spaziale contando quanti pixel misura attraverso 1 cm. utilizzando l'immagine di calibrazione, ottenere un fattore di scala per la misurazione delle dimensioni immagine.</li>
	<li>Confrontare i risultati del processo di impatto sulle regioni impatto diverso dalle immagini ad alta velocità. Verificare notevoli differenze.</li>
	<li>Utilizzando una routine di elaborazione MATLAB adatta, misurare le caratteristiche caratteristiche del prodotto del processo di impatto: cioè nella modalità di spruzzatura, misurare l'altezza della corona, diametro, spessore della parete, angolo, direzione rivolto a corona, numero e dimensione di inclinazione distribuzione di goccioline secondarie espulse.</li>
	<li>Svolgere analisi quantitative simili come 4.3 sopra per gli impatti di basso-Weber. Conteggio tempo il pizzico del satellite scende dalle immagini incorniciate da tempo e misura la lunghezza di apex e la larghezza della colonna formata in coalescenza parziale prima del pizzico di gocce secondari. Misurare le dimensioni delle gocce secondari espulsi. Contare il numero di cascata in un processo ripetuto pinch-off.</li>
	<li>Osservare tutte le differenze qualitative in ogni regione.</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>

Gli autori non hanno nulla da dichiarare.

In questa sezione forniamo alcuni consigli necessari per garantire risultati qualitativi sono ottenuti dal protocollo. In primo luogo, il substrato di vetro su cui i flussi di film liquido devono essere tenuti assolutamente prive di impurità per garantire le proprietà del film liquido sono tenute senza compromessi. Ciò è ottenibile da una pulizia regolare (probabilmente utilizzando un detergente adatto e pulito fuori sopra un vassoio per evitare la dissoluzione nel sistema). Allo stesso modo, ci dovrebbe essere una sostituzione regolare del liquido di prova intera dopo alcuni turni sperimentali, per garantire risultati accurati.
In secondo luogo, la camera di fluido-distribuzione deve essere ben ingranata e anche tenuto a tenuta d'aria per garantire il film liquido outflowing uniforme. Questo può essere fatto di sifonamento manualmente aria fuori dalla scatola di distribuzione prima di ogni esperimento. L'uso di micrometro-passi all'ingresso della pellicola è anche consigliato di impostare l'altezza del traferro all'ingresso della pellicola per lo spessore del film esatto preveduto dalla Nusselt stima del flusso del film presso il corrispondente numero di Reynolds. Ciò impedirà un salto idraulico o riflusso all'ingresso.
Il funzionamento dell'elettrovalvola deve anche sempre essere controllato e accertato correttamente. Questo è perché una pulsazione appropriata del flusso è necessaria per garantire la produzione delle onde forzate. Ciò può essere verificato dal ticchettio regolare l'elettrovalvola, nonché una pulsazione percepita lungo i tubi di collegamento. La portata di liquido nella pompa a siringa deve essere impostata anche con attenzione per garantire che le goccioline vengono espulsi in maniera gocciolante, evitando qualsiasi pre-accelerazione prima di cadere.
Calibrazione della telecamera ad alta velocità deve essere garantito per ottenere risultati molto accurati. Le dimensioni dell'apertura devono anche essere scelti attentamente considerando parametri come la profondità di campo, tempo di esposizione e luminosità complessiva dell'immagine. Per la macchina fotografica innescando durante la registrazione video, gli utenti devono anche stimare quanti fotogrammi devono essere registrate prima di far scattare. Questo può variare con gli individui, a seconda del momento di impatto di goccia, quindi, diversi test di prova per la pratica sono raccomandati prima di misurazioni effettive. Analogamente, la sorgente luminosa deve essere adeguatamente organizzato e ben diffusa per ridurre al minimo le ombre nell'immagine.
È importante notare e ricordare che l'obiettivo principale dello studio è i contributi delle onde per le dinamiche di impatto delle gocce che cade, quindi la formazione di strutture onda regolare è essenziale per un accurato studio della fisica sottostante. Negli scenari dove si osservano le strutture onda rapidamente la transizione strutture tridimensionali, è consigliabile che l'angolo di inclinazione del substrato sia ridotta14,19 per facilitare una transizione più lenta delle strutture onda .
Una limitazione della tecnica è osservata in assenza di un dispositivo di misurazione specifica lo spessore di pellicola istantanea reale in ogni regione dell'impatto. Questo avrebbe fornito ulteriori dettagli sui fenomeni osservati nel complesso.
In sintesi, la procedura descritta in questo rapporto utilizzabile anche per studiare la dinamica evolutiva dell'onda semplice, mentre il sistema di imaging ad alta velocità descritto può essere applicato a molti campi di ricerca con dinamiche veloci come goccia di liquido scioglimento21, 22/coalescence23, getti granulari24, ecc. , dove si osservano fenomeni importanti in un lasso di tempo micro.

Impatto della gocciolina è un fenomeno molto comune in natura e attira l'attenzione da qualsiasi osservatore curioso1. Essa costituisce un'area di ricerca attiva a causa di sue numerose applicazioni tra cui spray di raffreddamento, antincendio, stampa inkjet, rivestimento di spruzzo, deposizione di dossi di saldatura su circuiti stampati, la progettazione di motori a combustione interna, pulizia di superfici e la cella-stampa2. Sua applicazione si estende anche all'agricoltura, per esempio, aspersione irrigazione ed irrorazione3,4. Pionieristico lavoro risale al 19° secolo, con il lavoro di Worthington5, mentre solo sono stati fatti recentemente grandi progressi a causa della comparsa di imaging ad alta velocità6. Da allora, sono stati condotti studi diversi; utilizzando diversi tipi di superfici di impatto che vanno da solidi7,8, poco profonde,9 e pozze di liquido profondo10,11 a film sottili12,13.
Tuttavia, nonostante il grande volume di ricerca sull'impatto della gocciolina su superfici liquide (cioè, superficiali e profonde piscine e quiescenti films), impatto sulle pellicole liquide sottile che scorre non ha ricevuto tanta attenzione. Inoltre, finora, gli studi hanno trascurato i contributi delle strutture spaziali delle onde alle dinamiche di impatto delle gocce.
In questo rapporto, presentiamo una dettagliata procedura sperimentale per studiare il processo di impatto gocciolina su film che scorre cui dinamica è influenzati con la forzatura dell'ingresso della portata liquida; di seguito, ci riferiamo a loro come film «controllata». Troviamo che questi hanno numerose applicazioni nelle industrie multifase (ad es., nel raffreddamento torri, in colonne di distillazione e anche in regime di flusso anulare osservata in flussi bifase), soprattutto come controllo del film è diventato un importante passo nella intensificazione di calore e di trasferimento di massa in molte industrie di processo14. Si rimanda il lettore interessato al nostro lavoro precedente15 per maggiori dettagli sui risultati dei nostri sforzi di ricerca su questo.
Questa applicazione di oscillazioni di frequenza della portata aspirazione provoca la formazione di onde regolari sulla superficie del film. Ci concentriamo sulla famiglia onda solitaria, che è essenzialmente caratterizzata da cime strette ampiamente separate ed è preceduta da una serie di front running onde capillari16,17,18. Studiamo l'esito degli impatti connessi con le tre parti principali della struttura onda solitaria: il 'pellicola piana' e la 'gobba onda' regioni 'capillare onda' front running. Contrapponiamo anche questi risultati con quelli connessi con le pellicole che scorre incontrollati. I nostri risultati indicano che la natura stocastica di aspetto di onda sulla pellicola incontrollata influenza marcatamente il risultato della goccia impatto, con le regioni distinte del film controllato anche mostrando nuovi meccanismi, che abbiamo dettagliato sia qualitativamente e quantitativamente.
Nella precedente carta15, utilizzando la stessa procedura, abbiamo studiato l'effetto del film controllo sulle dinamiche di impatto gocciolina in regime di spruzzi. I risultati ottenuti hanno evidenziato differenze sia quantitative che qualitative nella morfologia corona (altezza, diametro, spessore della parete, angolo di inclinazione e direzione) così come la distribuzione di numeri e dimensione delle goccioline secondarie espulse.
In questo rapporto, descriviamo il set-up progettato per comprendere il ruolo fondamentale svolto da queste strutture spaziali nelle dinamiche di impatto della gocciolina e anche dettagli presenti succinte dei nostri risultati non solo in regime di spruzzi, ma anche per altri esiti di goccia impatto (cioè bouncing, scorrevole, coalescenza parziale/totale). Seguendo il protocollo standard descritto di seguito, l'effetto di controllo di film sulle dinamiche di impatto delle gocce possa essere studiato in modo riproducibile.

<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. 
			0AE-5001</td>
			<td>Series-pilot-operated-two-port</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Relay</td>
			<td>Takamisara</td>
			<td>A5W-K. 
			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 &#956;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 
			(b) Sigma</td>
			<td>(a) AF-Micro-Nikkor 60 mm f/2.8 D 
			(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 
			(AnalaR)</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

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

Impatto della gocciolina è un fenomeno molto comune in natura e attira l'attenzione grazie al suo fascino estetico e applicazioni ad ampio raggio. Gli studi precedenti sulle pellicole di liquidi che scorre hanno trascurato i contributi delle strutture spaziali delle onde per il risultato di impatto, mentre questo recentemente è stato indicato per avere un'influenza significativa sulle dinamiche di impatto di goccia. In questo rapporto, descriviamo una procedura dettagliata per studiare l'effetto di entrata periodica forzatura di una pellicola liquida che scorre, che portano alla produzione di strutture spatiotemporally regolare onda sulle dinamiche di impatto di goccia. Un generatore di funzioni in relazione a una valvola a solenoide è utilizzato per eccitare queste strutture spatiotemporally regolare onda sulla superficie del film, mentre la dinamica di impatto di taglia uniforme goccioline vengono acquisita utilizzando una telecamera ad alta velocità. Tre distinte regioni vengono poi studiate; cioè la regione di onda capillare che precede il picco dell'onda grande, la regione di pellicola piana e la regione di gobba di onda. Gli effetti delle quantità adimensionale importanti quale il film di Reynolds, goccia Weber e numeri di Ohnesorge parametrizzati dalla portata di pellicola, velocità di discesa e dimensione goccia inoltre sono esaminati. I nostri risultati mostrano interessanti, fino ad allora sconosciute dinamiche causata da questa applicazione di pellicola ingresso forzatura del film che scorre per due gocce di alta e bassa inerzia.

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

Un protocollo per studiare i contributi delle onde alle dinamiche di impatto gocciolina su pellicole liquide che scorre è presentato.

Controllo del film di studiare i contributi delle onde a goccia impatto Dynamics su pellicole liquide sottile che scorre

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Polycrystalline Silicon Thin-film Solar cells with Plasmonic-enhanced Light-trapping

Celle in silicio policristallino solari a film sottile con plasmoniche-enhanced Light-trapping

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To ...

Ricerca

Ingegneria

Nanomoulding of Functional Materials, a Versatile Complementary Pattern Replication Method to Nanoimprinting

Nanomoulding di materiali funzionali, un modello versatile complementare replica Metodo di nanoimprinting

We describe a nanomoulding technique which  allows low-cost nanoscale patterning of functional materials, materials stacks  and full devices. Nanomoulding ...

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

Scansione veloce per studiare goccia Impatto dinamica dei fluidi non newtoniani

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 ...

Speciation and Bioavailability Measurements of Environmental Plutonium Using Diffusion in Thin Films

Speciazione e di biodisponibilità Misure di plutonio ambientale Uso Diffusione in film sottili

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can ...

Recombination Dynamics in Thin-film Photovoltaic Materials via Time-resolved Microwave Conductivity

La ricombinazione Dynamics nel fotovoltaici a film sottile Materiali tramite risolta nel tempo Microonde Conducibilità

A method for investigating recombination dynamics of photo-induced charge carriers in thin film semiconductors, specifically in photovoltaic materials ...

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for CuIn,GaSe2 Solar Cells

In Situ Monitoraggio del degrado prestazioni accelerate di celle e moduli solari: un caso di studio per le celle solari di Cu (In, Ga) Se2

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction ...

Bulk and Thin Film Synthesis of Compositionally Variant Entropy-stabilized Oxides

Massa e sintesi di Film sottile di ossidi compositivamente varianti entropia-stabilizzato

Here, we present a procedure for the synthesis of bulk and thin film multicomponent (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (Co variant) and ...

Determining Tribocorrosion Rate and Wear-Corrosion Synergy of Bulk and Thin Film Aluminum Alloys

Determinare il tasso di tribocorrosione e sinergia di usura-corrosione delle leghe di alluminio alla rinfusa e Thin Film

The increasing complexity and severity of service conditions in areas, such as aerospace and marine industries, nuclear systems, microelectronics, ...

Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy Growth of Mg3N2 and Zn3N2 Thin Films

Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy Growth of Mg3N2 and Zn3N2 Thin Films

Crescita Epitaxy del fascio molecolare assistita dal plasma di Mg3N2 en 3N2 Thin Films

This article describes a procedure for growing Mg3N2 and Zn3N2 films by plasma-assisted molecular beam epitaxy (MBE). The films are grown on 100 oriented ...

Fabric Moisture Uniform Control to Study the Influence of Air Impingement Parameters on Fabric Drying Characteristics

Fabric Moisture Uniform Control per studiare l'influenza dei parametri dell'incisivo dell'aria sulle caratteristiche di essiccazione del tessuto

Impinging dryness is now a widely used and effective way for fabric drying due to its high heat and mass transfer coefficient. Previous studies on fabric ...