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
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この作品は、石油技術開発基金 (PTDF、ナイジェリア) と工学物理科学研究会議、英国、プログラム許可メンフィス (許可番号 EP/K003976/1) によって後援されました。著者は、博士 Zhizhao チェに有意義な議論を感謝しています。

1. 試験リグのセットアップ
注: は、図 1を参照してください。
<ol><li>
落下フィルム ユニット
	<ol>
<li>清潔なやわらかい布で基板 (ガラス) 表面の掃除から始めます。液体のプロパティの変更がその表面に汚れが付着しないことを確認します。</li>
		<li>必要な傾斜の角度にガラス基板のピボットを設定します。Β 15 ̊ の傾斜角度は、この作品で使用されました。</li>
		<li>電動ポンプに切り替え、さらにガラス基板をきれいにする膜表面の通常の液体の流れを確保します。この作品は、テスト液は脱イオン水です。</li>
		<li>接液部基板の表面全体を確認します。</li>
		<li>流量計を使用してフィルムの流量を測定します。この仕事のため流量に変化させた x 10-3 1.667 と対応するフィルム レイノルズ数Re = ρq10 x 10-3 m3/s/wµ55.5% と 333 の間で及ぶ。wは、落下フィルム幅、0.30 m です。</li>
		<li>ガラス基板上に所望の流量を取得するフローの接続バルブを徐々 に調整します。</li>
		<li>配布室にフィルム入口または空気の逆流で油圧ジャンプを避けるために選択した流量の対応するヌセルト フィルム厚さの値にフィルム入口マイクロ ステップのセットを調整します。</li>
		<li>手動でフィルム表面に一様流は下流を取得する配布室のすべての空気を吸い上げます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
フィルム コントロール ユニット
	<ol>
<li>関数発生器はデータ集録カード (DAC) を介して非ラッチ型リレーを介してソレノイド バルブに接続されていることを確認します。</li>
		<li>電磁弁と関数発生器に切り替えます。</li>
		<li>関数発生器を強制目的の周波数に設定します。この作品は、2、3 Hz の周波数が使用されていました。</li>
		<li>希望波信号 (正弦波、ノコギリ波、方形波など) を選択します。この作品は、正弦波信号が使用されていました。図 2Aおよび2B自由な映画と制御された映画との対比を示します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
液滴生成システム
	<ol>
<li>水で満たされた注射器にきれいなプラスチック製のチューブを取り付けます。</li>
		<li>液滴形成配列装置シリンジに挿入します。</li>
		<li>(希望の液滴径) によって選ばれたサイズの注射針をプラスチック製のチューブのもう一方の端に貼付します。勉強した液滴径 0.0023 に 0.0044 m 間であった。</li>
		<li>フィルム表面上のドロップの落下高さを調整します。この作品は、ドロップの落下高さが 0.005 から 0.30 ± 0.02 - 2.96 ± 間の影響の速度を与える、0.45 メートルに変化させた 0.06 m/s。</li>
		<li>同様に、フィルムの入口からドロップの縦衝撃点を設定します。これは波が影響する前に整形式ことを確認するこの作品で 0.3 m に設定されました。</li>
		<li>シリンジ ポンプで必要な流量を設定します。</li>
		<li>フィルム表面に形成された波の波長より大きい液滴発生頻度を達成するために流量を調整します。滴は連続制御フィルムのさまざまな地域に影響を与えるようにします。図 2; を参照してください。各地域19,20の下に流れプロファイルの相違を表示する図 2 Dの特異な波形の拡大。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
高速イメージング セットアップ
	<ol>
<li>三脚スタンド (または他の適切な配置) にカメラを配置します。</li>
		<li>希望の焦点距離のマクロレンズを選択し、これをカメラに接続します。</li>
		<li>高速カメラを切り替えるし、フィルム表面に直接フォーカスを確保します。膜表面にそれぞれ 7 と 12 ̊ 水平および垂直偏差でカメラの位置を合わせます。これはそれぞれ 67.5 μ m/ピクセルと縦とスパン方向の 46.6 μ m/ピクセルの解像度をもたらす影響過程の優れたサイドビュー画像を与えます。</li>
		<li>スポット液滴衝突正確に置かれた校正項目を使用して (大口径) でカメラのレンズのフォーカスを調整します。</li>
		<li>シャープなフォーカスを取得すると、カメラに入る光量が少ないように開口部を減らします。</li>
		<li>目的のフレーム レート、解像度、高速カメラのシャッター スピードを設定します。5000 fps、800 x 600 の解像度、フレーム レート絞りのサイズは 1/16、1 μ 秒のシャッター スピードは、この作品で使用されました。</li>
		<li>光は均一にイメージングの領域にわたって拡散して図 1のように、光源の前に光の拡散を配置します。</li>
		<li>イメージングの領域上の光の均一広がりを確認する光源の電源を入れます。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 校正
注: は、図 3を参照してください。
<ol><li>(正確に衝撃のスポット) フィルムの流れ方向に定規を置くし、膜表面の計測ポイントのスナップショットを取得します。</li>
	<li>繰り返し 2.1 がスパン方向の定規。</li>
	<li>上記を使用して、フィルム表面に空間解像度を取得します。</li>
</ol>3. ビデオの録画やデータ集録
<ol><li>リグ上の液膜流れが確立されると、シリンジ ポンプを起動し、フィルム表面に滴る水滴の影響を観察します。</li>
	<li>関数発生器を起動し、膜表面の時空波の製造工程を見学します。</li>
	<li>制御膜表面のさまざまな地域に影響を与えている連続の低下を確認します。</li>
	<li>フレーム番号と、この設定の後トリガーを観察への影響を適切にキャプチャするビデオの長さの約半分。</li>
	<li>光源の電源を入れ、影響が発生すると、イメージのキャプチャ トリガー。</li>
	<li>イメージのキャプチャが完了液膜の過熱を避けるために光源の電源。</li>
	<li>コンピューターの画面に取得したスナップショットを視覚的に分析します。こぶ地域で煽りますフラット フィルム、毛管波のいずれかの影響が発生したかどうかを確認してください。</li>
	<li>影響を与えるプロセスを示す部分にビデオをトリミングし、ビデオ/画像形式でフレーム範囲を保存します。</li>
	<li>Viz.孤独なこぶ、毛管波、フラット フィルム膜表面のすべての地域に 3.5 3.8 とレコードの個別の影響を繰り返します。</li>
</ol>4. 画像の後処理と分析
<ol><li>ビューのフィールドに定規を置き、どのように多くのピクセルが収まる間で 1 cm. キャリブレーション イメージを使用してカウントすることにより空間分解能を計算、画像寸法測定のスケール ファクターを取得します。</li>
	<li>高速画像から別の影響領域に影響を与えるプロセスの結果を比較します。顕著な違いを確認します。</li>
	<li>影響プロセスの製品の特性を測定する適当な MATLAB 画像処理ルーチンを使用して: しぶきですなわち、クラウンの高さ、直径、壁の厚さを測定、傾斜角度、クラウン側方向、数とサイズ噴出の二次液滴の分布。</li>
	<li>低-ウェーバーの影響のため上記 4.3 として同様の定量分析を行います。衛星のピンチ ・ オフ時間のカウント時間フレームの画像から削除し、頂点の長さとセカンダリ滴のピンチを前に部分的な合体に形成された列の幅を測定します。噴出の二次液滴のサイズを測定します。繰り返しピンチオフ工程におけるカスケードの数をカウントします。</li>
	<li>各地域ですべての質的な相違を観察します。</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. 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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>

著者申告するものがあります。

このセクションでは、プロトコルから質的な結果を確保するために必要ないくつかのヒントを提供します。まず、ガラス基板上に液膜流れは液体薄膜の特性を確保するため完全に汚れ自由保たれなければならないは、妥協のない保持されます。これは (おそらく適切な洗剤を使用して、システムに解散を避けるため、トレイの上から抹消) 定期的なクリーニングによって達成可能であります。同様に、正確な結果を保証するため、いくつかの実験的ラウンド後全体のテスト液の定期的な交換が必要があります。
第二に、流体分布の商工会議所は、止水液膜が均一を確認する気密保持もよくメッシュあります。これは、手動で各実験の前にフューズ ボックスの空気を吸い上げることで行うことができます。フィルム入口マイクロメータ手順の使用も対応するレイノルズ数における膜流のヌセルト見積もりによって予測された正確な膜厚にフィルム入口ギャップ高さを設定するのにはお勧め。これは油圧ジャンプまたは入口逆流を防ぐ。
電磁弁の操作も常にチェックして正しく確認する必要があります。これは、流れの適切な脈動強制波の生産を確保するため必要があるためにです。これは、電磁弁と接続パイプに沿って知覚脈動の定期的クリック音からチェックでした。シリンジ ポンプに液体の流量は、水滴が落ちる前に任意の予備加速を回避滴下方法で排出できるように慎重に設定する必要があります。
高速カメラの適切な校正は、非常に正確な結果を得るために保障されなければなりません。開口部の大きさも注意深く選ばれなければならないフィールド、露光時間、画像全体の明るさの深さのようなパラメーターを考慮しました。カメラは、ビデオ録画中にトリガー、ユーザーはトリガーの前に記録されるフレームの数を推定する必要も。これはドロップ影響の時間に応じて、個人個人と異なる場合があります、実際の測定の前に練習のためのいくつかの試用テストを推奨するそれ故に。同様に、正しく配置され、よく拡散イメージのシャドウを最小限に抑えるため、光源がある必要があります。
注意してください、したがって通常波構造の形成は基になる物理学の正確な研究に不可欠な研究の主要な焦点が、落下の衝撃力学波の貢献を覚えていることが重要です。基板傾斜角の減少14,19波構造の遅い転移を容易にすること勧め三次元構造へ迅速に移行する波の構造を観察する場所のシナリオで.
技術の 1 つの制限は、影響の各地域の実際の瞬時の膜厚を指定する測定装置の不在で観察されます。これは全体的な観察された現象の詳細を提供しているでしょう。
このレポートに示された手順は、要約すると、液滴解散21,などの高速ダイナミクスを持つ多くの研究分野に適用できる高速イメージング システムとは、単純な波の進化ダイナミクスを研究するも使用できます。22/coalescence23、粒状ジェット24、マイクロ スケールでの重要な現象の観察、等。

液滴衝突は自然でとても共通の現象を好奇心観察1から注目を集めています。スプレー冷却、火抑制、インク ジェット印刷、スプレー塗装、蒸着プリント基板上はんだバンプの内部燃焼エンジンの設計を含む、多数のアプリケーションのための活発な研究領域を構成します。表面洗浄、およびセル印刷2。そのアプリケーションは、農業、例えば灌漑と作物の3、4を噴霧散水にも拡張します。ワージントンの5主要な進歩だけ最近なされた高速イメージング6の出現により、仕事と、19 世紀に先駆的な仕事のさかのぼる。それ以来、いくつかの研究を行った。異なったタイプの固体7,まで8、浅い、9と深い液体プール10,11薄膜12,13衝撃表面を使用してください。
しかし、にもかかわらず、大量液体表面 (すなわち、浅いと深いプールと静止膜) 液滴衝突に関する研究の流れる液体薄膜への影響には注目の受信していません。さらに、これまで、研究は、液滴衝撃力学波の空間構造の貢献を無視しています。
本報告で提案する液体流量; の入口-強制することによって影響を受けているダイナミクスが流れる映画の液滴衝突過程を調査するための詳細な実験手順以下、それらを '制御' 映画と呼びます。我々 は見つける (例えば、冷却塔、蒸留塔でとも環状流領域における二相流の観測) の多業界で多数のアプリケーションがあるこれら膜制御の重要なステップとなっている、特にとして、熱・物質移動多くプロセス産業14激化。興味を持った読者は、これに私たちの研究努力の結果の詳細について、以前作業15呼ばれます。
吸気流量の振動のこのアプリケーションは、フィルム表面に定期的に波が形成に結果します。我々 は孤立波の家族は、本質的に広く区切られた狭いピークによって特徴付けられる、率いている毛管波16,17,18のシリーズが先行に焦点を当てます。孤立波の構造の 3 つの主な部分に関連付けられている影響の結果を研究: 'フラット フィルム'、'波こぶ、および不備の毛管波の領域。私達はまた自由な流れる映画に関連付けられたこれらの結果を対照的です。自由なフィルム上の波の出現の確率論的性質が著しくも我々 が新しいメカニズムを示す制御フィルムの別の領域に落下衝撃応答の結果に影響を与えることが分かった質的両方の詳細と定量的。
以前紙15、同じプロシージャを使用してを研究したしぶき政権における液滴衝撃力学フィルム制御の効果。得られた結果は、放出の二次液滴の数とサイズの分布だけでなく、(高さ、径、壁の厚さ、傾き角度と方向) クラウン形態の定量的および定性的な違いを示した。
このレポートで述べる液滴衝突ダイナミクスともはね政権のみならず液滴の他の結果の知見の現在の簡潔な詳細でこれらの空間の構造の重要な役割を理解するために設計されたセットアップ衝撃 (すなわちバウンス、スライディング、全合体)。以下の標準的なプロトコルに従うことによってフィルム液滴衝撃運動制御の効果は再現可能な方法で学ぶことができます。

<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

液滴衝突は自然でとても共通の現象をその審美的な魅力と幅広い用途のため注目を集めています。これは最近ドロップ影響動態に大きな影響を持っている示されている間、流れる液膜に関する先行研究は影響結果に波の空間構造の貢献を無視しています。本報告では、我々 は定期的な入口をドロップ影響ダイナミクス正規時空波構造の生産につながる流れる液膜の強制の効果を調べるためのステップバイ ステップの手順を概説します。電磁弁に関連して関数発生器を使用して、制服サイズの液滴の衝突ダイナミクスは高速カメラを使用してキャプチャされます間膜表面のこれらの時空通常波の構造を刺激します。3 つの領域検討;すなわち大きな波のピーク、フラット フィルム地域および波こぶ地域の毛管波地域。レイノルズ、フィルムなど重要な無次元量の効果ドロップ ウェーバーと Ohnesorge 番号フィルム流量、速度、ドロップ、ドロップ サイズによってパラメーター化も検討します。面白い、これまで未知ダイナミクスによってもたらされる両方の低と高慣性降下を流れる映画のフィルム入口強制のこのアプリケーションが分かった。

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

液滴衝撃流れる液膜による波の貢献を研究するためのプロトコルが表示されます。

液滴衝撃による薄膜を流れる液膜に波の貢献を研究するフィルム コントロール

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

時間分解マイクロ波伝導を介して、薄膜太陽電池材料での再結合ダイナミクス

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

その場で太陽電池とモジュールの加速劣化のモニタリング: Cu (In, Ga) Se2太陽電池に関するケーススタディ

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

バルクと組成バリエーション エントロピー安定化酸化物薄膜合成

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

Tribocorrosion レートおよびバルク ・薄膜アルミニウム合金の摩耗腐食相乗効果を決定します。

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

Mg3 N2およびZn3N2薄膜の血漿支援分子ビームエピタキシー成長

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

生地乾燥特性に対する空気衝突パラメータの影響を研究する生地水分均一制御

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 ...

液滴衝撃による薄膜を流れる液膜に波の貢献を研究するフィルム コントロール

液滴衝撃による薄膜を流れる液膜に波の貢献を研究するフィルムコントロール