Name: visualization of high speed liquid jet impaction on a moving surface
Uploaded: 2015-04-17T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 34 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Visualization of High Speed Liquid Jet Impaction on a Moving Surface at JoVE.com

العلوم الطبيعية والهندسة مجلس البحوث كندا (NSERC) وLB فوستر السكك الحديدية تكنولوجيز، وشركة بدعم مشترك هذا البحث من خلال برنامج NSERC التعاونية للبحوث والتنمية غرانت.

1. غزل القرص الأجهزة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحديد ظروف الاختبار المطلوب وظروف الاختبار سجل في الجدول (على سبيل المثال، والسرعة درجة الحرارة المحيطة، خصائص السوائل النفاثة والسطح، وما إلى ذلك). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد المواد <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد حلول المياه الجلسرين أو PEO-الجلسرين من المياه اللازمة للاختبارات اصطدام. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في حالة الاختبارات PEO-الجلسرين في الماء، تذوب تدريجيا 4.5 غرام من مسحوق PEO (الأوزان الجزيئية اللزوجة متوسط ​​قدره مليون وأربعة ملايين) إلى 1495.5 غرام من الماء المقطر مع التحريك المغناطيسي لطيف على مدى فترة 24 ساعة. تجنب تهييج مفرط العينة بيو لمنع تدهور الميكانيكية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تدريجيا إضافة 1.5 كجم من USP الصف الجلسرين إلى حل PEO مائي على مدى فترة 24 ساعة للوصول إلى محلول مائي من 0.15٪ تركيز PEO و 50٪ تركيز الغليسيرين. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تخزين السوائل اختبار على حدة في حاويات محكمة الإغلاق تحت RT قبل وبعد كل اختبار لالمصغرةتقليل ما أمكن من التبخر، وامتصاص الماء من الهواء المحيط والتلوث. تميز ورذاذ السوائل خلال خمسة أيام من التحضير. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أداء التجارب <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تأكد من صمام إمدادات الهواء تحمل الهواء القرص الغزل مفتوح والقراءة قياس الضغط في نطاق العمل الصحيح (60-80 رطل لكل بوصة مربعة). أي شيء واضحا التي قد تعيق حركة القرص وتحويل القرص باليد في كلا الاتجاهين 5 دورات للتحقق من أي مشاكل مع القرص والمحامل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أغلق نظيفة وتأمين الغاز المضغوط تراكم للسوائل اختبار الضغط. صب 3 كلغ من سائل الاختبار في منفذ السوائل من تراكم 1 غالون. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط ميناء الغاز من المجمع إلى خزان النيتروجين عن طريق منظم الضغط. ربط ميناء السوائل من المجمع إلى فوهة رذاذ طائرة. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد نظام التحكم ونظام التصوير فائق السرعة. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدء برنامج حاسوبي لمراقبة القرص الغزل وبرامج التحكم VFD.موقف اثنين عالية السرعة كاميرات سينمائية 35 سم بعيدا عن نقطة اصطدام وضبط عدسات التكبير عالية لالتقاط نقطة اصطدام من زاويتين. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط مصدر الضوء 150 W الألياف الضوئية لتحقيق خلفية مضاءة بشكل متساو حصول على أفضل جودة الصورة (الشكل 1). الطاقة على نظام التحكم في هذه المرحلة لتسهيل التكيف الكاميرا. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أداء روتين الاختيار الذاتي عن طريق النقر على زر &quot;الاختيار الذاتي&quot; في برنامج حاسوبي لمراقبة للتأكد من أن النظام يعمل كما هو متوقع. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إجراء اختبار اصطدام طائرة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط سرعة القرص إلى القيمة المطلوبة مع برنامج حاسوبي لمراقبة VFD (500-3،000 دورة في الدقيقة). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لإجراء اختبار، وإطلاق تسلسل التجريبي الآلي من برامج التحكم عن طريق النقر على زر &#39;تسلسل اختبار&#39;. يقوم البرنامج بتحديد المعايير المثلى تلقائيا وتنسيق كل عنصر من عناصر النظام لأداء الاختبار وفقا لذلك. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حفظ الناتجة فيديو اختبار اصطدام (انظر، على سبيل المثال، لقطة الشاشة في الشكل 2). القراءة وسرعة سطح قياسية، فوهة يعود الضغط ودرجة الحرارة من برامج التحكم. ملاحظة: بعد كل اختبار، سلسلة التنظيف القرص يعمل تلقائيا لشطف وتجفيف سطح القرص. كرر دورة التنظيف عند الضرورة حتى تمت إزالة جميع بقايا سائل الاختبار. تنبيه: على الرغم من السوائل اختبار حل الماء والجلسرين يمكن تنظيفها مع تسلسل التنظيف، والحاجة LFMs البعض لتنظيفها مع المذيبات العضوية مثل الأسيتون. في مثل هذه الحالات، وتطبيق مواد التنظيف إلى قطعة من القماش بدلا من الرش القرص مباشرة. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحليل البيانات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد جدول يحتوي على معلومات على كل حالة اختبار (على سبيل المثال، خصائص السوائل، ودرجة الحرارة المحيطة، وخشونة السطح، وما إلى ذلك). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح الصور اصطدام طائرة مسجلة مع برنامج عرض سينمائية، وتلعب تسجيلات الفيديو الكاملة في وضعها الطبيعيتسريع ومراقبة السلوكيات اصطدام طائرة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> سجل خصائص السلوك اصطدام (البداية / يتناثر / الترسيب، وانظر الشكل 3) في جدول البيانات استعداد، تسجيل أي اتجاهات غير عادية التي قد تشير إلى مضاعفات مع التجريبية مجموعة المتابعة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حفظ نتائج الاختبار، والأوضاع في جدول بيانات. سجل النتائج البارزة والأحداث غير عادية في سجل اختبار (على سبيل المثال، دفقة / ترسب نقطة عتبة، والتحولات دفقة / الترسيب، وما إلى ذلك). حفظ لقطات عند الضرورة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إجراء قياسات تحليل الصور وتسجيل البيانات. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إطلاق أداة قياس بكسل على الشاشة. صور اصطدام مفتوحة، ومعايرة مقياس الصورة عن طريق قياس حاكم الصغير في الصور مع أداة قياس بكسل على الشاشة (الشكل 4). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أبعاد مقياس الفائدة (على سبيل المثال، عرض انتشار الصفيحة، W، والصفيحة دائرة نصف قطرها نقطة الركود، R؛ انظر الشكل 5) مع ر قياس بكسلمونغوشيفيتش في نقطة حيث تظهر طائرة لتكون الأكثر استقرارا في بيانات الفيديو وسجل في جدول البيانات المعدة. ثم أخذ مجموعة أخرى من القياسات 100 لقطة بعد المجموعة الأولى من قياسات للتأكد من أن كل من الطائرة والصفيحة مستقرة. نقاط البيانات مؤامرة على الرسم البياني وتكمل منحنى المناسب. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. الهواء المدفع جهاز <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحديد ظروف الاختبار المطلوب وإعداد المواد كما في الخطوة 1.1 و 1.2 خطوة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أداء التجارب <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> السلطة حتى برنامج للسيطرة على النظام. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أدخل قذيفة في برميل مدفع. تحريك آلية وقف قريبة من الخروج برميل لالتقاط قذيفة بشكل صحيح بعد اختبار (الشكل 6). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح خط مبنى الهواء المضغوط المؤدية إلى خزان الهواء. ضغط خزان الى ما بين 30 و 70 رطل رطل، وهذا يتوقف على سرعة المقذوف المطلوب. 30 ضغط خزان رطل يعطي سرعة المقذوف من حوالي 5م / ثانية، و 70 رطل يعطي سرعة حوالي 25 م / ثانية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحضير غاز المجمع مغلق مضغوط للسوائل اختبار الضغط. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> صب 3 كلغ من سائل الاختبار في منفذ السوائل من المجمع. قم بتوصيل أنابيب من صمام الغاز تراكم السائل إلى فوهة رذاذ طائرة، وتعيين ضغط تراكم ليصل إلى 300 رطل لكل بوصة مربعة. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نعلق الكاميرا إلى جاك مقص. تأمين جاك مقص لمنصة وضعه بجانب فوهة رذاذ طائرة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تأمين مصدر ضوء عالي الكثافة إلى منصة وضعه على الجانب الآخر من الكاميرا وراء ورقة نشرها. تحقق الإضاءة والكاميرا تحديد المواقع باستخدام وظيفة عرض كاميرا فيديو للمراقبة واجهة البرنامج، وضبط وتحديد المواقع حسب الضرورة (الشكل 7). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضعت على غطاء للأذنين للحماية من الانفجار الصوت مدفع الهواء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح لوحة التحكم مدفع، ثم اضغط على زر التحذير على لوحة التحكم عدة مرات للإشارة إلىبدء التجربة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اضغط على زر لوحة التحكم التي يفتح صمام الملف اللولبي الذي يربط بين خزان الهواء مع برميل مدفع الهواء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد أن أطلقت الجهاز واستولت على قذيفة، وتنظيف الجهاز عن طريق مسحه مع سائل تنظيف والإسفنج لإزالة بقايا السائل الاختبار. وأخيرا، تجف على سطح اصطدام من قذيفة. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياس سرعة المقذوف في تسجيل الفيديو عالية السرعة عن طريق قياس مقدار الوقت اللازم لقذيفة على السفر (10 سم) المسافة ثابتة. تحليل البيانات كما في الخطوة 1.5. </li></ol>

<ol>
	<li>Cotter, J., 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=Top+of+Rail+Friction+Control:+Reductions+in+Fuel+and+Greenhouse+Gas+Emissions.">Top of Rail Friction Control: Reductions in Fuel and Greenhouse Gas Emissions.</a> Proc. Of the 2005 Conference of the International Heavy Haul Association (Rio de Janeiro). , 327-334 (2005).</li><li>Eadie, D. T., Bovey, E., Kalousek, 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+role+of+friction+control+in+effective+management+of+the+wheel/rail+interface).">The role of friction control in effective management of the wheel/rail interface).</a> Railway Technical Conference. , (2002).</li><li>Stock, R., Eadie, D. T., Elvidge, D., Oldknow, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influencing+rolling+contact+fatigue+through+top+of+rail+friction+modifier+application&#8211;A+full+scale+wheel&#8211;rail+test+rig+study.">Influencing rolling contact fatigue through top of rail friction modifier application&#8211;A full scale wheel&#8211;rail test rig study.</a> Wear. 271 (1), 134-142 (2011).</li><li>Eadie, D. T., Santoro, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Top-of-rail+friction+control+for+curve+noise+mitigation+and+corrugation+rate+reduction.">Top-of-rail friction control for curve noise mitigation and corrugation rate reduction.</a> Journal of Sound and Vibration. 293 (3), 747-757 (2006).</li><li>Tomeoka, M., Kabe, N., Tanimoto, M., Miyauchi, E., Nakata, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Friction+control+between+wheel+and+rail+by+means+of+on-board+lubrication.">Friction control between wheel and rail by means of on-board lubrication.</a> Wear. 253 (1), 124-129 (2002).</li><li>Chiu-Webster, S., Lister, 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=The+fall+of+a+viscous+thread+onto+a+moving+surface:+a+&#8216;fluid-mechanical+sewing+machine.">The fall of a viscous thread onto a moving surface: a &#8216;fluid-mechanical sewing machine.</a> Journal of Fluid Mechanics. 569 (1), 124-129 (2006).</li><li>Hlod, A., Aarts, A. C. T., Van De Ven, A. A. F., Peletier, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mathematical+model+of+falling+of+a+viscous+jet+onto+a+moving+surface.">Mathematical model of falling of a viscous jet onto a moving surface.</a> European Journal of Applied Mathematics. 18 (06), 659-677 (2007).</li><li>Gradeck, M., Kouachi, A., Dani, A., Arnoult, D., Borean, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+and+numerical+study+of+the+hydraulic+jump+of+an+impinging+jet+on+a+moving+surface.">Experimental and numerical study of the hydraulic jump of an impinging jet on a moving surface.</a> Experimental Thermal and Fluid Science. 30 (3), 193-201 (2006).</li><li>Fujimoto, H., Suzuki, Y., Hama, T., Takuda, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow+Characteristics+of+Circular+Liquid+Jet+Impinging+on+a+Moving+Surface+Covered+with+a+Water+Film.">Flow Characteristics of Circular Liquid Jet Impinging on a Moving Surface Covered with a Water Film.</a> ISIJ international. 51 (9), 1497-1505 (2011).</li><li>Keshavarz, B., Green, S. I., Davy, M. H., Eadie, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Newtonian+liquid+jet+impaction+on+a+high-speed+moving+surface.">Newtonian liquid jet impaction on a high-speed moving surface.</a> International Journal of Heat and Fluid Flow. 32 (6), 1216-1225 (2011).</li><li>Keshavarz, B., Green, S. I., Eadie, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastic+liquid+jet+impaction+on+a+high+speed+moving+surface.">Elastic liquid jet impaction on a high speed moving surface.</a> AIChE Journal. 58 (11), 3568-3577 (2012).</li><li>Moulson, J. B. T., Green, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+ambient+air+on+liquid+jet+impingement+on+a+moving+substrate.">Effect of ambient air on liquid jet impingement on a moving substrate.</a> Physics of Fluids. 25 (10), 102106 (2013).</li><li>Sterling, G. E. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+experimental+study+on+jet+impingement+on+a+very+high+speed+moving+surface.">An experimental study on jet impingement on a very high speed moving surface.</a> UBC M.A.Sc. Thesis. , (2012).</li><li>Povarov, O. A., Nazarov, O. I., Ignat'evskaya, L. A., Nikol'skii, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interaction+of+drops+with+boundary+layer+on+rotating+surfaces.">Interaction of drops with boundary layer on rotating surfaces.</a> Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 31 (6), 1453-1456 (1976).</li><li>Fathi, S., Dickens, P., Fouchal, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regimes+of+droplet+train+impact+on+a+moving+surface+in+an+additive+manufacturing+process.">Regimes of droplet train impact on a moving surface in an additive manufacturing process.</a> Journal of Materials Processing Technology. 210 (3), 550-559 (2010).</li><li>Bird, J. C., Tsai, S. S., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inclined+to+splash:+triggering+and+inhibiting+a+splash+with+tangential+velocity.">Inclined to splash: triggering and inhibiting a splash with tangential velocity.</a> New Journal of Physics. 11 (6), 063017 (2009).</li><li>Range, K., Feuillebois, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+surface+roughness+on+liquid+drop+impact.">Influence of surface roughness on liquid drop impact.</a> Journal of Colloid and Interface science. 203 (1), 16-30 (1998).</li><li>Crooks, R., Boger, D. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+fluid+elasticity+on+drops+impacting+on+dry+surfaces.">Influence of fluid elasticity on drops impacting on dry surfaces.</a> Journal of Rheology. 44 (4), 973-996 (2000).</li></ol>

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

وتتكون القذيفة المستخدمة لمدفع الهواء انشاء وخفيفة الوزن، قاعدة خشبية. على الرغم من أن رقائق المواد الخشبية قليلا بعد العديد من الاختبارات، فقد وجد لاستيعاب الطاقة الحركية أكثر فعالية من مقذوفات تتألف من مواد مثل البلاستيك أو المعدن، والتي تميل لتحطيم على التأثير ?...

يهدف هذا البحث إلى تحديد استراتيجيات لتطبيق LFM (الاحتكاك معدل السائل) في شكل طائرة السائل على سطح تتحرك حين تحقيق درجة عالية من الكفاءة نقل والنتائج ترسب موحدة. تحقيق هذا الهدف ينطوي على تطوير فهم شامل للعوامل التي تؤثر على السائل اصطدام طائرة على التحرك السطوح. والدافع وراء هذا المشروع من قبل حاجة إلى تحسين كفاءة تقنيات تطبيق التشحيم المستخدمة في قطاع السكك الحديدية. كوسيلة للحد من استهلاك الوقود وتكاليف الصيانة قاطرة، طبقة رقيقة من الاحتكاك وكيل تعديل يجري الآن تطبيقها على سطح السكك الحديدية العلوي من خطوط السكك الحديدية التقليدية. وقد أظهرت الدراسات الحديثة أن تطبيق نوع واحد من LFM المياه القائمة لأعلى السكك الحديدية (TOR) التحكم في الاحتكاك خفض مستويات استهلاك الطاقة بنسبة 6٪ والسكك الحديدية وعجلة شفة ارتداء قبل ما يزيد على 50٪ 1،2. وأظهرت دراسات أخرى أن تطبيق LFM لخطوط السكك الحديدية يقللالصورة الجانبية القوة ومستويات الضوضاء وكذلك، وهو الأهم، تمويج المسار والأضرار الناجمة عن التعب الاتصال المتداول، والذي هو السبب الرئيسي لالخروج عن القضبان 3،4. وتأكدت هذه النتائج زيادة في الاختبارات الميدانية على نظام مترو طوكيو 5. والاستغناء LFMs حاليا من محاقن الانفجار الهواء تعلق على عشرات القاطرات في جميع أنحاء كندا والولايات المتحدة. في هذا النوع من التطبيق، يتم تطبيق LFM إلى الأعلى خطوط السكك الحديدية التي شنت محاقن تحت تتحرك عربات السكك الحديدية. هذا النمط من تطبيق LFM من الصعب تنفيذ على العديد من قاطرات السكك الحديدية لأن المطلوبة ارتفاع حجم ومستويات العرض الجوي الضغط العالي قد لا تكون قابلة للتحقيق. ويعتقد أن فوهات الرش الجوي الانفجار أيضا لإنتاج تغطية السكك الحديدية غير النظامية للغاية عندما كانت تعمل في المتقاطعة، كما الاحوال الجوية تسبب قطرات الرذاذ غرامة لتحيد عن مسارها الأصلي. ومن المعروف أن الرياح المتعامدة أيضا أن المتورطين في فوهة قاذورات، على الأرجح لنفسهسبب. بسبب المشاكل المرتبطة محاقن الانفجار الهواء، وقطاع السكك الحديدية تسعى حاليا أساليب بديلة لتطبيق LFM على خطوط السكك الحديدية. واحد حل ناجع يشمل الاستغناء LFM عن طريق متواصلة (وليس صغار) طائرة السائل، وطائرات السائلة هي أقل عرضة للمقابله الآثار الناجمة عن نسبتهم أقل السحب إلى الجمود. بالإضافة إلى ذلك، لأن مستويات عالية الضغط الجوي وحجم اللازمة لفوهات التفتيت ليست مطلوبة في تقنيات الرش طائرة السائلة، والعمل الأخير عن آليات الرش أكثر انسيابية وقوية التي تحافظ على سيطرة فعالة على معدل الطلب LFM. مساحة الفيزياء مماثل، قطرة اصطدام، وقد درست بشكل مكثف. وقد وجد عدد من الباحثين أن للاصطدام القطيرات على التحرك سطح أملس الجاف، والرش السلوك تعتمد على الكثير من العوامل بما في ذلك اللزوجة والكثافة والتوتر السطحي والمكون الطبيعي للسرعة تأثير 14،15. عصفور <eم&gt; وآخرون أظهرت أن كلا من السرعات العادية وعرضية كانت ذات أهمية حاسمة 16. مجموعة وآخرون. والمحتالون وآخرون قد أظهرت أن للقطيرة اصطدام على سطح جاف ثابتة، خشونة السطح تنخفض عتبة البداية بشكل ملحوظ (أي أنه يجعل الحبرية أكثر عرضة لطخة) 17،18. وعلى الرغم من أهميتها العملية، تلقت اصطدام طائرة على الأسطح المتحركة القليل من الاهتمام في الأدبيات الأكاديمية. يقوم تشيو وبستر ويستر سلسلة واسعة من التجارب التي درست ثابت ومتقلب اصطدام طائرة لزجة على سطح متحرك، وضعت الكتاب نموذجا لحالة التدفق المطرد 6. Hlod آخرون على غرار تدفق عن طريق ODE ثالث ترتيب على مجال من طول مجهولة تحت شرط يتجزأ إضافية وتكوينات توقع بالمقارنة مع النتائج التجريبية 7. ومع ذلك، فإن أرقام رينولدز فحصتفي كل من هذه الدراسات هي أقل بكثير من تلك المرتبطة نموذجية تطبيقات السكك الحديدية LFM. Gradeck وآخرون. عدديا وتجريبيا حققت في مجال تدفق من اصطدام طائرة المياه على ركيزة تتحرك تحت مختلف سرعة الطائرة، سرعة السطح، والظروف فوهة قطرها 8. فوجيموتو وآخرون. خصائص التدفقات التحقيق بالإضافة لطائرة المياه الدائرية التي تؤثر على ركيزة الانتقال من طبقة رقيقة من الماء 9 تغطيتها. ومع ذلك، استخدمت هذين المشروعين أقطار فوهة كبيرة نسبيا وانخفاض السطحية والسرعات طائرة مقارنة مع تلك المستخدمة في العمل الحالي. وعلاوة على ذلك، على الرغم من الدراسات التجريبية والرقمية، والتحليلية السابقة وتوفر مجموعة كبيرة من البيانات، وركزت غالبية المعلمات على نقل الحرارة بدلا من التركيز على عمليات تدفق السائل مثل السلوك الرش طائرة. المنهج التجريبي المقدمة في هذا البحث وبالتالي يساهم في تطبيق التقنيات طائرة السائلة بنسبة اعادةتغريم هذه التقنيات في ظل ظروف تنطوي على أقطار فوهة نفاثة صغيرة وعالية السرعة النفاثة والسطحية السرعات. هذا الأسلوب أيضا تهذب المعرفة على المشاكل الأساسية ميكانيكا الموائع المرتبطة تتحرك خطوط التماس. الدراسات المذكورة أعلاه وقد انطوت عموما تفاعل سرعة طائرة منخفضة مع انخفاض سطح سرعة الحركة. كان هناك عدد قليل نسبيا من الدراسات صفائحي سرعة عالية طائرة اصطدام على السطوح المتحركة عالية السرعة. خلال السرعة العالية السائل الانحشار طائرة السائل طائرة ينتشر شعاعيا في محيط موقع الإصطدام، وتشكيل الصفيحة رقيقة. ثم يتم convected هذه الصفيحة المصب من قبل لزج إجبار التي تفرضها على سطح متحرك، مما ينتج عنه الصفيحة مميزة على شكل حرف U. كيشافارز وآخرون. وقد ذكرت في التجارب التي تستخدم طائرات نيوتن ومرنة السائلة التي تؤثر على السطوح العالية السرعة. أنها تصنف عمليات اصطدام إلى نوعين مختلفين: &quot;ترسب &amp;# 8221؛ و &quot;لطخة&quot; 10. لاصطدام لتصنيفها الترسيب، ويجب على السائل طائرة التمسك السطح، في حين يتميز دفقة من قبل الصفيحة السائل الذي يفصل من السطح، وتتكسر إلى قطرات في وقت لاحق. كما تم وصف النظام اصطدام الثالث - &quot;بقع&quot;. في هذا، نادر نسبيا، النظام لا يزال تعلق الصفيحة إلى السطح، ول &quot;ترسب&quot;، ولكن يتم طرد قطرات دقيقة من قرب حافة الرائدة في الصفيحة. في دراسة لاحقة من آثار السوائل غير النيوتونية، كيشافارز وآخرون خلصت إلى أن دفقة / عتبة ترسب يتحدد أساسا من أرقام رينولدز وديبورا، في حين أن زاوية اصطدام طائرة وسرعة طائرة تطفو على السطح نسب سرعة يكون لها سوى تأثير بسيط 11 . في التجارب التي أجريت تحت ضغوط الهواء المحيط المتغير، Moulson وآخرون اكتشف أن دفقة / ترسب عتبة رقم رينولدز بشكل كبيرالزيادات مع تناقص ضغط الهواء المحيط (أي ضغوط المحيطة أعلى تجعل طائرات أكثر عرضة لطخة)، بينما تتناقص ضغط الهواء المحيط اقل من عتبة معينة يقمع البداية تماما (12). هذه النتيجة تشير بقوة إلى أن القوات الهوائية المؤثرة على الصفيحة تلعب دورا حاسما في التسبب في الصفيحة انطلاقه ودفقة اللاحقة. في العمل الأخير على سرعة عالية في اصطدام على ركيزة عالية السرعة، وأظهرت أن الجنيه الاسترليني لسرعة الركيزة والشروط طائرة قريبة من عتبة البداية، قد يكون أثار النبأ من قبل صغيرة جدا خشونة السطح محلية وطفيفة عدم الثبات طائرة. وقال انه تبين أيضا أنه في ظل هذه الظروف الصفيحة انطلاقه وإعادة المرتكز هو عملية مؤشر ستوكاستيك 13. بروتوكول تجريبي الموصوفة هنا يمكن أن تستخدم لدراسة الأوضاع المادية الأخرى التي تنطوي على تفاعل السائل مع تحريك سطح ارتفاع سرعة. على سبيل المثال، يمكن استخدام نفس النهج لدراسة هليكوبتر BLADالتفاعل دوامة ه (شريطة أن السائل كان دوامة الملونة مع جزيئات التتبع) والرش الآلي من السطوح.

<table><tbody><tr><td colspan="4">Equipment for Air Cannon Set-Up</td></tr><tr><td>30-gallon air tank</td><td>Steel Fab</td><td>A10028</td><td></td></tr><tr><td>Solenoid actuated poppet valve</td><td>Parker Hannifin Corp.</td><td>#16F24C2164A3F4C80</td><td></td></tr><tr><td>1.5&quot; NPT rubber hose</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rectangular steel tubing</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stop mechanism</td><td>Customized</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stainless steel plates</td><td>Customized</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wooden projectile</td><td>Customized</td><td></td><td></td></tr><tr><td>1 kW high-intensity incandescent light</td><td>Photographic Analysis Ltd.</td><td>T986851</td><td></td></tr><tr><td>Light diffuser sheet</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Optic sensor</td><td>BANNER</td><td>SM312LV</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Equipment for Spinning Disc Set-Up</td></tr><tr><td>Motor</td><td>WEG</td><td>TEFC-W22</td><td></td></tr><tr><td>Bearings</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Disk</td><td>Customized</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fiber optic light source</td><td>Fiberoptics Technology Incorporated</td><td>MO150AC</td><td></td></tr><tr><td>High intensity LED array</td><td>Torshare Ltd.</td><td>TF10CA</td><td></td></tr><tr><td>Vacuum</td><td>Ridge Tool Company</td><td>WD09450</td><td></td></tr><tr><td>Interrupter</td><td>Customized</td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Shared Equipment for Both Devices</td></tr><tr><td>Phantom v611 high-speed cine camera</td><td>Vision Research Inc.</td><td>V611</td><td></td></tr><tr><td>Phantom v12 high-speed cine camera</td><td>Vision Research Inc.</td><td>V12</td><td></td></tr><tr><td>Zoom 7000 lens</td><td>Navitar Inc.</td><td>Zoom 7000</td><td></td></tr><tr><td>Zoom 6000 lens</td><td>Navitar Inc.</td><td>Zoom 6000</td><td></td></tr><tr><td>Compressed nitrogen tank</td><td>Praxair Technology, Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pressure regulator</td><td>Praxair Technology, Inc.</td><td>PRS20124351CGA</td><td></td></tr><tr><td>Hose for compressed nitrogen</td><td>Swagelok Company</td><td>SS-CT8SL8SL8-12</td><td></td></tr><tr><td>Hose for liquid</td><td>Swagelok Company</td><td>SS-7R8TA8TA8</td><td></td></tr><tr><td>Accumulator</td><td>Accumulators, Inc.</td><td>A131003XS</td><td></td></tr><tr><td>Solenoid Valve</td><td>Solenoid Solutions Inc.</td><td>2223X-A440-00</td><td></td></tr><tr><td>Pressure transducer</td><td>WIKA Instruments Ltd</td><td>#50398083</td><td></td></tr><tr><td>Nozzle assembly</td><td>Customized</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Glycerin</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Poly(ethylene oxide)</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

visualization of high speed liquid jet impaction on a moving surface

ووصف اثنان من الأجهزة لفحص السائل اصطدام طائرة على سطح تتحرك بسرعة عالية: جهاز مدفع الهواء (لفحص السرعات السطح بين 0 و 25 م / ثانية) وجهاز قرص الغزل (لفحص السرعات السطح بين 15 و 100 م / ثانية). اجتياز الخطي مدفع الهواء هو نظام يعمل بالطاقة الطاقة الهوائية التي تم تصميمها لتسريع سطح المعدن السكك الحديدية التي شنت على رأس قذيفة خشبية. ألف اسطوانة مضغوطة مزودة صمام الملف اللولبي بسرعة يطلق الهواء المضغوط في برميل، مما اضطر قذيفة أسفل برميل مدفع. قذيفة يسافر تحت فوهة الرذاذ، والذي يصطدم طائرة السائلة على سطح المعدن العلوي، وقذيفة ثم يضرب آلية وقف. تسجل الكاميرا في اصطدام طائرة، ومحول الضغط يسجل احداهما رذاذ فوهة. يتكون القرص الغزل انشاء قرص الصلب التي تصل بسرعة 500 إلى 3،000 دورة في الدقيقة عن طريق محرك التردد المتغير (VFD) المحرك. والاشتراكية نظام الرشMILAR إلى أن من مدفع الهواء يولد طائرة السائلة التي تمس على القرص الغزل، وكاميرات وضعت في عدة نقاط وصول البصرية تسجل اصطدام طائرة. وتسجل تسجيلات فيديو لعمليات اصطدام طائرة وفحصها لتحديد ما إذا كانت نتائج اصطدام هي البداية، بقع، أو الترسيب. الأجهزة هي الأولى التي تنطوي على اصطدام سرعة عالية من الاسعار المنخفضة للرينولدز-عدد طائرات السائلة على الأسطح المتحركة عالية السرعة. بالإضافة إلى تطبيقات صناعة السكك الحديدية لها، ويمكن استخدام تقنية الموضحة لأغراض الفنية والصناعية مثل صناعة الصلب ويمكن أن تكون ذات صلة عالية السرعة 3D الطباعة.

<html> كما نوقش في القسم التمهيدي، والسلوكيات الثلاثة الرئيسية المرتبطة السائل اصطدام طائرة هي الترسيب، وبقع البداية. ويلاحظ هذه السلوكيات اصطدام طائرة باستخدام بيانات الفيديو التي سجلتها كاميرات سينمائية عالية السرعة المتمركزة على مختلف النقاط الضوئية. وتظهر أمثلة ...

Watch this Scientific Journal Video about Visualization of High Speed Liquid Jet Impaction on a Moving Surface at JoVE.com

Visualization of High Speed Liquid Jet Impaction on a Moving Surface

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.

تصور عالية السرعة السائل جيت الانحشار على السطح المتحرك

Two apparatuses for examining liquid jet impingement on a high-speed moving surface are described: an air cannon device (for examining surface speeds ...

visualization-of-high-speed-liquid-jet-impaction-on-a-moving-surface

Universidad San Sebastian

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Engineering

Physics

Mechanical Engineering

Unit 1

Planar Kinematics of a Rigid Body

Motion in Two or Three Dimensions

SCIENTISTS IN ACTION

11.4K Views.  University of British Columbia. 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.

Video: Visualization of High Speed Liquid Jet Impaction on a Moving Surface

High-speed Particle Image Velocimetry Near Surfaces

Multi-dimensional and transient flows play a key role in many areas of science, engineering, and health sciences but are often not well understood. The complex nature of these flows may be studied using particle image velocimetry (PIV), a laser-based imaging technique for optically accessible flows. Though many forms of PIV exist that extend the technique beyond the original planar two-component velocity measurement capabilities, the basic PIV system consists of a light source (laser), a camera, tracer particles, and analysis algorithms. The imaging and recording parameters, the light source, and the algorithms are adjusted to optimize the recording for the flow of interest and obtain valid velocity data. 
Common PIV investigations measure two-component velocities in a plane at a few frames per second. However, recent developments in instrumentation have facilitated high-frame rate (&gt; 1 kHz) measurements capable of resolving transient flows with high temporal resolution. Therefore, high-frame rate measurements have enabled investigations on the evolution of the structure and dynamics of highly transient flows. These investigations play a critical role in understanding the fundamental physics of complex flows.
A detailed description for performing high-resolution, high-speed planar PIV to study a transient flow near the surface of a flat plate is presented here. Details for adjusting the parameter constraints such as image and recording properties, the laser sheet properties, and processing algorithms to adapt PIV for any flow of interest are included.

A procedure for studying transient flows near boundaries using high-resolution, high-speed particle image velocimetry (PIV) is described here. PIV is a non-intrusive measurement technique applicable to any optically accessible flow by optimizing several parameter constraints such as the image and recording properties, the laser sheet properties, and analysis algorithms.

عالي السرعة الجسيمات Velocimetry صورة قرب السطوح

Multi-dimensional and transient flows play a key role in many areas of science, engineering, and health sciences but are often not well understood. The ...

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.

سريع التصوير وتقنيات لدراسة تأثير انخفاض ديناميات السوائل غير النيوتونية

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 ...

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

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 recording of image sequences. The basic components, features, constraints and optimization tips of a 3D-PTV topology consisting of a high-speed camera with a four-view splitter are described and discussed in this article. The technique is applied to the intermediate flow field (5 &#60;x/d &#60;25) of a circular jet at Re &#8776; 7,000. Lagrangian flow features and turbulence quantities in an Eulerian frame are estimated around ten diameters downstream of the jet origin and at various radial distances from the jet core. Lagrangian properties include trajectory, velocity and acceleration of selected particles as well as curvature of the flow path, which are obtained from the Frenet-Serret equation. Estimation of the 3D velocity and turbulence fields around the jet core axis at a cross-plane located at ten diameters downstream of the jet is compared with literature, and the power spectrum of the large-scale streamwise velocity motions is obtained at various radial distances from the jet core.

A three-dimensional particle tracking velocimetry (3D-PTV) system based on a high-speed camera with a four-view splitter is described here. The technique is applied to a jet flow from a circular pipe in the vicinity of ten diameters downstream at Reynolds number Re &#8776; 7,000.

ثلاثي الأبعاد السرعة بواسطة الجسيمات تتبع للتطبيقات الاضطراب: حالة من تدفق جت

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 ...

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.

بصريا على أساس توصيف الحركة الجسيمات الأولية في ركائز العادية: من الصفحي الظروف المضطربة

Two different experimental methods for determining the threshold of particle motion as a function of geometrical properties of the bed from laminar to ...

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

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous studies on flowing liquid films have neglected the contributions of spatial structures of waves to the impact outcome, while this has recently been shown to have a significant influence on the drop impact dynamics. In this report, we outline a step-by-step procedure to investigate the effect of periodic inlet forcing of a flowing liquid film leading to the production of spatiotemporally regular wave structures on drop impact dynamics. A function generator in connection with a solenoid valve is used to excite these spatiotemporally regular wave structures on the film surface while the impact dynamics of uniform-sized droplets are captured using a high-speed camera. Three distinct regions are then studied; viz. the capillary wave region preceding the large wave peak, the flat film region, and the wave hump region. The effects of important dimensionless quantities such as film Reynolds, drop Weber and Ohnesorge numbers parameterized by the film flow rate, drop speed, and drop size are also examined. Our results show interesting, hitherto undiscovered dynamics brought about by this application of film inlet forcing of the flowing film for both low and high inertia drops.

A protocol to study the contributions of waves to droplet impact dynamics on flowing liquid films is presented.

مراقبة السينما لدراسة مساهمات موجات لديناميات تأثير الحبرية في الأفلام السائل المتدفق رقيقة

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

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.

الآثار المترتبة على مجالات وكيبلر في بركة عميقة سائل مع ظروف سطح السائل غيرت والمسبار

Vertical impacts of spheres on clean water have been the subject of numerous water entry investigations characterizing cavity formation, splash crown ...

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.

تحليل الإنتاجية العالية لتأثيرات قطرات السائل

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

A Microfluidic System with Surface Patterning for Investigating Cavitation Bubble(s)&#8211;Cell Interaction and the Resultant Bioeffects at the Single-cell Level

In this manuscript, we first describe the fabrication protocol of a microfluidic chip, with gold dots and fibronectin-coated regions on the same glass substrate, that precisely controls the generation of tandem bubbles and individual cells patterned nearby with well-defined locations and shapes. We then demonstrate the generation of tandem bubbles by using two pulsed lasers illuminating a pair of gold dots with a few-microsecond time delay. We visualize the bubble-bubble interaction and jet formation by high-speed imaging and characterize the resultant flow field using particle image velocimetry (PIV). Finally, we present some applications of this technique for single cell analysis, including cell membrane poration with macromolecule uptake, localized membrane deformation determined by the displacements of attached integrin-binding beads, and intracellular calcium response from ratiometric imaging. Our results show that a fast and directional jetting flow is produced by the tandem bubble interaction, which can impose a highly localized shear stress on the surface of a cell grown in close proximity. Furthermore, different bioeffects can be induced by altering the strength of the jetting flow by adjusting the standoff distance from the cell to the tandem bubbles.

A microfluidic chip was fabricated to produce pairs of gold dots for tandem bubble generation and fibronectin-coated islands for single-cell patterning nearby. The resultant flow field was characterized by particle image velocimetry and was employed to study various bioeffects, including cell membrane poration, membrane deformation, and intracellular calcium response.

نظام ميكروفلويديك مع الزخرفة السطحية للتحقيق فقاعة التجويف (ق) التفاعل -Cell وBioeffects الناتجة على مستوى وحيدة الخلية

In this manuscript, we first describe the fabrication protocol of a microfluidic chip, with gold dots and fibronectin-coated regions on the same glass ...

Bioengineering

Visualization of Flow Past a Bluff Body

Source: Ricardo Mejia-Alvarez, Hussam Hikmat Jabbar and Mahmoud N. Abdullatif, Department of Mechanical Engineering, Michigan State University, East Lansing, MI
Owing to the non-linear nature of its governing laws, fluid motion induces complicated flow patterns. Understanding the nature of these patterns has been the subject of intense scrutiny for centuries. Although personal computers and supercomputers are extensively used to deduce fluid flow patterns, their capabilities are still insufficient to determine the exact flow behavior for complex geometries or highly inertial flows (e.g. when momentum dominates over viscous resistance). With this in mind, a multitude of experimental techniques to make flow patterns evident have been developed that can reach flow regimes and geometries inaccessible to theoretical and computational tools.
This demonstration will investigate fluid flow around a bluff body. A bluff body is an object that, due to its shape, causes separated flow over most of its surface. This is in contrast to a streamlined body, like an airfoil, which is aligned in the stream and causes less flow separation. The purpose of this study is to use hydrogen bubbles as a method of visualizing flow patterns. The hydrogen bubbles are produced via electrolysis using a DC power source by submerging its electrodes in the water. Hydrogen bubbles are formed in the negative electrode, which needs to be a very fine wire to ensure that the bubbles remain small and track fluid motion more effectively. This method is suitable for steady and unsteady laminar flows, and is based on the basic flow lines that describe the nature of the flow around objects. [1-3]
This paper focuses on describing the implementation of the technique, including details about the equipment and its installation. Then, the technique is used to demonstrate the use of two of the basics flow lines to characterize the flow around a circular cylinder. These flow lines are used to estimate some important flow parameters like flow velocity and the Reynolds number, and to determine flow patterns.

Flow Around a Bluff Body, Bubbles and Von Karman Vortex Street

Source: Ricardo Mejia-Alvarez, Hussam Hikmat Jabbar and Mahmoud N. Abdullatif, Department of Mechanical Engineering, Michigan State University, East ...

JoVE Science Education

Jet Impinging on an Inclined Plate

Source: Ricardo Mejia-Alvarez and Hussam Hikmat Jabbar, Department of Mechanical Engineering, Michigan State University, East Lansing, MI
The goal of this experiment is to demonstrate how a fluid flow exerts forces on structures by conversion of dynamic pressure into static pressure. To this end, we will make a plane jet impinge on a flat plate and will measure the resulting pressure distribution along the plate. The resultant force will be estimated by integrating the product between the pressure distribution and appropriately defined area differentials along the surface of the plate. This experiment will be repeated for two angles of inclination of the plate with respect to the direction of the jet and two flow rates. Each configuration produces a different pressure distribution along the plate, which is the result of different levels of conversion of dynamic pressure into static pressure at the plate's surface.
For this experiment, pressure will be measured with a diaphragm pressure transducer connected to a scanning valve. The plate itself has small perforations called pressure taps that connect to the scanning valve through hoses. The scanning valve sends the pressure from these taps to the pressure transducer one at a time. The pressure induces mechanical deflection on the diaphragm that the pressure transducer converts into voltage. This voltage is proportional to the pressure difference between the two sides of the diaphragm.

Jet Impinging and Conversion of Dynamic Pressure into Static Pressure

Source: Ricardo Mejia-Alvarez and Hussam Hikmat Jabbar, Department of Mechanical Engineering, Michigan State University, East Lansing, MI
The goal of this ...