層間せん断流中のトレーサーの拡散

1。実験のセットアップを構築する部品を準備します。 3 D 印刷、3 D CAD 図面 (.stl フォーマット) を利用する (各ジオメトリの 2 つ) 管用マウントとして使用するインジェクター ポスト、貯水池、六角形コネクタ、2 つのプレート。注: また、セットアップの特定の部分は、レーザー カット。このレポートでは、正方形で厚みを付けたパイプ レーザー カット プレート マウントされている、3 D プリントされたプレートとパイプをマウントされている長方形の薄い中。 必要なジオメトリの滑らかなガラス キャピラリー パイプを取得します。メモ: このレポートの 2 つのパイプ形状、使用: 正方形断面の肉厚と内部断面積 1 mm × 1 mm の 30 cm 長いパイプ 0.2 mm;長方形断面の肉厚と内部断面積 1 mm × 10 mm の 30 cm 長いパイプ 0.7 mm。角パイプは、長方形のパイプを細いパイプと呼びますが、今後厚みを付けたパイプと呼ばれます。 2。実験装置の組立 3 D プリント パーツのタップ 注射針と入力の染料がインストールされて、”(0.32 cm) の 1/8 NPT タップで両側にインジェクター記事をタップします。排水管がインストールされます 10 32 タップで背面にある貯水池をタップします。 貯水池の前面に 6 32 タップでネジ穴をタップします。6 32 タップで上部と下部の六角形のコネクタ部分をタップします。 タップの 3 D プリント パーツを準備します。 インジェクターの記事 有刺鉄線ホース PTFE シーリング テープと金具のスレッドをカバーします。準備の継ぎ手をインジェクターのポストの背面の穴にねじ込みます。プラスチック製のチューブの 30 cm 部分をカット (内径 3.30 mm)。ホース アダプターのチューブを挿入します。 ステンレス製の調剤針のスレッドをカバー (外径 0.71 mm) PTFE シールテープで。インジェクター ポストにフロント (大) 穴のステンレス製調剤針をネジします。 貯水池 小さな有刺鉄線ホース PTFE シーリング テープと金具のスレッドをカバーします。準備の継ぎ手を貯水池 (小さい穴) の背面の穴にねじ込みます。 プラスチック製のチューブの 30 cm 部分をカット (内径 3.30 mm)。ホース アダプター上にチューブを挿入します。スモール キャップとチューブのもう一方の端を閉じます。注: これは、貯留層の排水システムになります。 貯水池のパイプ側の循環不況にゴム o リング (耐油ブナ N o リング、1/16″(0.16 cm) 幅、ダッシュ番号 016) を配置します。 六角形コネクタ 小さな有刺鉄線ホース PTFE シーリング テープと金具のスレッドをカバーします。準備の継ぎ手を六角形のコネクタの底部の穴にねじ込みます。 プラスチック製のチューブの 30 cm 部分をカット (内径 3.30 mm)。ホース アダプターのチューブを挿入します。 PTFE シールテープ ホース アダプターをカバーします。スレッドに対して行くホース アダプターをカバーすることを確認します。 プラスチック製のチューブの 4 cm 部分をカット (内径 3.30 mm)。ホース アダプターのチューブを挿入します。 パイプを準備します。 RTV ゴム製シーリング材パイプの両端から 2 mm の薄い層に配布します。均等に、パイプの外側のまわりで密封剤を広げるし、シールとパイプへのアクセスを妨げないことを確認します。 3 D プリントされたパイプ アダプターのカット済みの穴に慎重に挿入することで 3 D プリントされたプレートの上にパイプをマウントします。それぞれの側に沿ってシーリング プレートと接触して、少なくとも 2 ミリメートルのパイプをプッシュすることを確認します。 慎重に、プレートの端にシール剤を広げ、パイプは切り欠きシールを取得しますようにします。プレートの上にパイプを密封するので完全に加硫するシール剤を少なくとも 12 時間を待ちます。 フルオレセイン色素溶液を準備する粉末の 0.40 g を測定します。必要な色素の濃度 (濃度 0.80 g/L) を取得する蒸留水の 0.50 リットルに粉を希釈します。注: 水のフルオレセインの拡散係数は推定を実行して実験円形パイプ形状14重し平均トレーサー分布の 2 次モーメントの解析式の二乗同じ量の測定。分子拡散係数は κ と推定される = 5.7 × 10-6 cm2/s、純粋な水のフルオレセインの拡散の以前に発行された値と一致します。 アセンブリ シリンジ ポンプの設定 蒸留水とゴム製プランジャーで 12 mL プラスチック注射器を満たしなさい。注射器の上にプラスチックのディスペンサー チップを挿入します。六角形のコネクタの下部に挿入される 30 cm 長いチューブに注射器シリンジ ポンプ A. 接続に注射器をマウントします。 蒸留水とゴム製プランジャーで 1 mL プラスチック注射器を満たしなさい。シリンジ ポンプ A. カット プラスチック チューブの 30 cm 長い部分に注射器をマウント (内径 3.30 mm)。1 mL プラスチック注射器に取り付けます。注: 両方の注射器の蒸留水を満たしたシリンジ ポンプ A. にマウントされてポンプがアクティブ化されたとき、両方の注射器から水が排出されます。1 mL 注射器は、水の流出を避けるために排水管に接続する必要があるので、使用する最初の 1 つは 12 mL シリンジです。この手順は、シンの長方形パイプの必要はありません。 インジェクターのセットアップ フルオレセイン溶液でゴム製プランジャーで 3 mL プラスチック注射器を満たしなさい。注射器の上にプラスチックのディスペンサー チップを挿入します。 色素注射器にインジェクターの背面に接続されているチューブを接続します。 インジェクター ポストを水平方向に押しながら注射器を介して手動で色素を注入することにより染料の解決とインジェクターのポストを埋める (すなわち。 指向の上向きにすると上記の注射器針で)。注射インジェクターが染料の完全にいっぱい空気が引っ掛からないまでプッシュし続けます。 B. クランプ インジェクター投稿、シリンジ ポンプに接続されているチューブによって到達できる方法で研究室のベンチの端にシリンジ ポンプに注射器をマウントします。 4 本の長いネジ (ステンレス鍋頭フィリップス ビス 6 32 スレッド、2-1/4″(5.76 cm) 長さ) の小さな洗濯機を挿入します。針を取り巻く 4 つの穴に 4 本のネジを挿入します。注記: ネジの頭、インジェクター ポストの背面に確認 (チューブと同じ側に色素注射器に接続)。 六角形コネクタ 六角形のコネクタの各側に円形の排気切替器の 2 つの O リング (耐油ブナ N o リング、1/16″(0.16 cm) 幅、ダッシュ番号 016) を配置します。 その 4 本のネジ穴を合わせ、それらの上に挿入するインジェクターのポストに六角形のコネクタに取り付けます。インジェクター ポストが直面している大きな穴と側面を持っていることを確認します。場違い、2 つの部分の間にクランプするとき o リングが動かないことを確認してください。 パイプ その 4 つのネジ穴を合わせ、それらの上にそれを挿入することによって六角形のコネクタへのパイプに接続されているエンド プレートのいずれかを添付します。それがマウントされているパイプを入力する必要がある針に細心の注意を払います。 長いボルトの端に 4 つの 6-32 ステンレス製のナットを添付して一緒にインジェクター、六角形コネクタ、およびパイプ アダプター プレートを圧縮する 4 本の長いネジを固定します。O リングが場違いの部分の間にクランプするとき移動しないことを確認します。 4 つの短いネジとワッシャー (ステンレス鍋頭フィリップス ビス 6 32 スレッド、1/2 インチ (1.27 cm) 長さ) を使用して、パイプの反対側の端を貯水池に取り付けます。O リングが場違い、2 つのパーツ間を圧縮するとき移動しませんを確認します。 テーブルに貯水池をクランプします。貯水池はパイプを曲げていないインジェクター ポストに配置されますを確認します。 空気抽出システム: 六角形コネクタの上部に接続されている管にプラスチックのディスペンサー チップ挿入。プラスチックの先端に 3 mL シリンジを接続します。注: システムに閉じ込められている空気の泡を抽出するこの注射器が使用されます。 ライトとカメラ 実験のセットアップの各側に場所 2 つ 61 cm 長い UV-A 管が点灯します。注: インジェクターと貯留層の両方のそれぞれの側に特別に設計されたトラックがあります。実験は、UV A チューブ ライトをオンにで暗闇の中で実行する必要があります。 下向き実験のセットアップ上のメモリー カードとカメラを配置します。注: カメラは、パイプ上少なくとも 1 m を配置する必要があります。このように、フレーム全体の管の長さが含まれます。デジタル一眼レフ カメラは、24-120 mm の調節可能な焦点距離のレンズで使用されました。 リモート トリガーを使用してすべて 1 写真を撮るためにカメラをプログラム 5.6f 絞り値、シャッター スピード 5 と ISO 200 で s。 3。実験的実行 セットアップ 水パイプをやや上回るレベルにリザーバーをセット。蒸留水でパイプを入力する場合は、シリンジ ポンプの押します。紫外線 A チューブ ライトをオンにし、遮光カーテンを引きます。 プログラム可能なシリンジ ポンプ、残留色素のパイプをフラッシュするを実行します。 純粋な蒸留水を満たしたパイプの 1 つの参照イメージを取る。注: これは参照データの処理に使用するショットの後でステップします。この写真は、実験の実行を可能な限り同じ条件で暗闇の中で撮影する必要があります。 (以前は 1 mL の注射器に接続されている) 排水管 12 mL シリンジ 1 mL 注射器シリンジ ポンプ A. 接続でマウントするインジェクター ポストに接続するチューブを切り替えます。注: この手順はシンの長方形パイプの必要はありません。 初期条件 アナログ シリンジ ポンプ B. を実行することによりパイプの色素 (3 mm 厚シンの長方形管用) 1 mm 厚塗るを注入します。注: この手順は、染料の初期条件を作成します。注入色素の量は、使用されるパイプのジオメトリによって異なります。細い管は、その断面積が大きいため色素の量を大きくを必要です。実験を実行、前に染料にお越しの方にも、断面間で拡散して色素の大規模な量を注入することにより、それはそれが拡散してきた後も、写真でキャプチャに十分に明るいこと。 プログラム注射器ポンプ (流量はシンの長方形パイプの 1.93 mL/h) 厚い角パイプの 0.193 mL/h の非常に遅い流速で蒸留水を注入します。5 分針からパイプを輸送するための染料の塊を許可するシリンジ ポンプを実行します。注: 5 分後に、針から 1 cm 染料を指定必要があります。細いパイプの一桁による流量の増加は、薄肉パイプのボリュームが 10 倍厚みを付けたパイプのためです。 染料に針が到達しないことを確かめる手動逆方向で、色素注射器を引き出します。注: これは、あることを確認、針の終わりに蒸留水以上の色素は、実験の実行中にパイプに分散されます。 時間 tw待つ > t *dパイプの断面の間で拡散する染料の塊。注: 拡散時間 t *d = b2/κ 半分の長い断面側とする特徴的な長さ b。待機時間の計算のこの方法は b の適切な選択と任意の断面に一般化です。当社の代表的な結果の待機時間は厚い角パイプとシンの長方形パイプの 15 時間 15 分だった フロー プログラム方式のシリンジ ポンプ A 1.93 mL/h の所望の流量に厚い角パイプとシンの長方形パイプの 19.3 mL/h。 同時にカメラのシリンジ ポンプとリモート トリガーを開始します。写真 1 の間隔で 5 分間実験を実行 s。 部屋のライトをオンにして、パイプと平行に同じ高さに置かれた定規のイメージを取る。注: このデータ処理に使用される (ピクセル/mm) 長さ尺度を決定するのに役立ちます。 4. データ処理 カメラからメモリ カードを抽出し、分析する画像処理ソフトウェアが使用されますコンピューターにデータをダウンロードします。 MATLAB の分析 まず最初の実験的イメージから参照画像ショット (3.1.3 でスナップされたステップ) を減算します。 パイプの上部と下部のエッジに沿って画像をトリミングします。パイプ フレームに合っていない場合は、イメージを回転することを確認します。 結果のイメージの垂直方向に緑のチャネルの強度読書を合計します。注: これはパイプに沿った長さの関数として総断面色素の強度に比例します。 校正イメージから物理的な長さのスケールを使用して長さの単位をピクセルからミリメートルに変換 (手順 3.3.3 参照)。 すべての残りの画像に対して繰り返します。パイプの長さに沿う総色素濃度測定曲線の時間シーケンスでこの結果します。