著者は香港研究助成評議会 (no を感謝したい.GRF526913)、香港の技術革新と技術委員会 (いいえ。ITS/334/15FP)、および米国のオフィスの海軍研究のグローバル (いいえ。N00014-16-1-2161) の金融支援。

1. 風洞セットアップ
<ol><li>デルタ翼モデル
	<ol>
<li>75 ° のスイープ角度φで弦長c 280 mm、150 mm のルート スパンb 5 mm の厚さのアルミニウムからデルタ翼モデルを構築します。両方の縁を分離点17の修正に 35 ° で面取りがある (図 1a参照)。</li>
	</ol></li>
	<li>風洞実験施設
	<ol>
<li>2.4 m (長さ) × 0.6 m (幅) × 0.6 m (高さ) 実験中に光アクセスを許可するガラスの壁が装備されているテスト セクションの閉ループ低速風洞実験における実験を行います。このような施設の乱流強度は 0.4% 未満にする必要があります。 注意: 本研究で使用して風洞、香港理工大学で上記の特徴を持つ。また、典型的な飛行範囲は、デルタ翼の弦長に基づく主流速度U∞ 2.64 m/s 〜 10.56 m/s 2 × 105、5 × 104からレイノルズ数、日時に対応するため、無人機 (UAV)。</li>
		<li>、必要に応じて、レーザー シートと、カメラの縦の断面、スパン断面直交断面の流れ構造を観察するのに 3 さまざまな配置 (図 1b-d を参照) を使用します。セットアップの回路図は図 1 bに示します。 注: このプロトコルは、セットアップと詳細の縦の断面で測定を示しています。</li>
	</ol></li>
	<li>デルタ翼をインストールします。
	<ol>
<li>迎え角 (AoA)、 αを調整するために使用される円運動ガイドにあるスティングのデルタ翼の後縁を修正します。円形のガイドの中心は、風トンネルのテスト セクションの中央線です。したがって、デルタ翼のセンターは常にテスト セクションの中心にすることができます。Αに AoA を調整 = 34 °。</li>
		<li>あらゆるヨー角を最小限に抑え、ロール角、角度計、3 軸制御レーザー レベルの読み方を確認することでデルタ翼モデルを慎重に調整します。現在の研究では、これらの 2 つの角度の不確実性は 0.1 ° 未満です。</li>
	</ol></li>
	<li>レーザー シートを設定します。
	<ol>
<li>PIV 計測と煙の流れの可視化の流れ構造を照らすため別々 に 2 つのレーザーを使用します。<ol>
<li>PIV 計測用デュアル パルス レーザー波長 532 nm、パルスごとの (調節可能な) 600 の mJ の最大エネルギー。トランジスタ-トランジスタ ロジック (TTL) 信号 (図 1b参照) にシンクロナイザーとそれを制御します。</li>
			<li>波長 532 の連続レーザーを使用する煙の流れの可視化の nm と 1 W のパワーこの連続レーザーは独立して動作します。セットアップのインストール時に安全のためレーザー光をフィルターに透過率 10% 中性密度フィルターを使用します。</li>
		</ol>
</li>
		<li>適切なレーザーのゴーグルを着用します。</li>
		<li>風洞にレーザービームを導入する反射ミラーを調整します。レーザー光軸とミラー間の角度が<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57244/57244eq1.jpg">、レーザービームをデルタ翼表面に対して垂直にします。確実にx位置周りレーザービーム/c ≅ 0.25、後で視野 (FOV) の中心となります。</li>
		<li>図 1 bに示すように、レーザー シートを形成する (最初の連続レーザー) レーザー光学をインストールします。凸型レンズを使用して、レーザー ビーム径 (板厚も) を制御します。円筒のレンズは、レーザー光をレーザー シートに展開します。 注: 現在の研究では、円筒のレンズの焦点距離は 700 mm、円筒のレンズの直径は 12 mm。</li>
		<li>モデルのレーザー ラインを測定することによってレーザー シートの厚さを確認してください。レーザー シート厚さが適していない場合凸のレンズの位置を調整 (ここでは、テストでは約 100 mm のレーザー シートの有効幅 1 mm 程度)。レーザー シートの厚さは 1) レーザー シートと 2) PIV 計測におけるスナップショットのペア間の時間間隔に法線方向の速度成分に依存していることに注意してください。</li>
		<li>デルタ翼で、その表面のレーザー シートを一致にキャリブレーション ターゲット プレートを置きます。現在の研究では FOV が風洞座標に直交ではないために、この手順は不可欠です。</li>
	</ol></li>
	<li>カメラのセットアップ
	<ol>
<li>レーザーをオフにカメラを設定するときに。、レーザーで、この実験の各独立部分の 2 つのカメラを使用します。<ol>
<li>PIV 計測、2048 × 2048 ピクセルの解像度と高速の CCD カメラを使用します。このカメラは、シンクロナイザーとデュアル パルスによって制御レーザー (図 1b参照)。このカメラのデータは、コンピューターに直接送信されます。</li>
			<li>煙の流れの可視化のため煙の流れの可視化の間に 4,000 × 6,000 ピクセルのスナップショットの解像度 720 × 1280 ピクセルの解像度で 50 Hz ビデオ録画と商業のデジタル カメラを使用します。それは手動で運営されます。</li>
		</ol>
</li>
		<li>カメラの位置 (最初の商業デジタル カメラ) を移動すると、目的の視野を得る。キャリブレーション ターゲット板に集中するカメラのレンズを調整します。フィールド全体が焦点を当てていることを確認します。ない場合は、カメラの座標を直交キャリブレーション ターゲット板にできない場合があります。したがって、調整するカメラの位置を慎重に18。</li>
		<li>カメラがよくセットした後、いくつかのフレームを取る。後、キャリブレーション ターゲット板のこれらのフレームは、実際のサイズとフレームのピクセルの間のスケール ファクターを調整して xyz 座標の参照位置を識別するために使用されます。その後、キャリブレーション ターゲット プレートを取り外します。</li>
	</ol></li>
	<li>(例えば、3 m/s) の低速風洞および風洞に油の粒子を注入します。2.5 バーでエアロゾル発生器の圧力を設定し、30 の動作済みシードの流れの可視化手法の s。この後、全体の風洞は、通常直径約 1 μ m で油の粒子を均一にシードされます。 注: 現在の研究では、風洞実験における推定オイル粒子密度濃度は約<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57244/57244eq2.jpg">の煙の流れの可視化;風洞実験における全体的な流れ密度の変化は、したがって、 <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57244/57244eq3.jpg"> </img>。</li>
	<li>PIV ソフトウェア セットアップ
	<ol>
<li>PIV ソフトウェアと PIV システムの制御 (材料の表を参照してください)。このソフトウェアは、図 1 bに示すように、レーザーやカメラに TTL 信号を送信するシンクロナイザを一望できます。</li>
		<li>500 の総サンプル数を 5 Hz でサンプリング周波数を設定します。PIV のフレーム間の時間間隔は 80 μ s。 時間間隔は FOV、流速のサイズに依存していることに注意。50-75% の重複に関する 2 つのフレームで尋問エリアがあることを確認します。</li>
	</ol></li>
</ol>2. 実験の実行
<ol><li>
煙の流れの可視化を向上
	<ol>
<li>目的の主流速度で風洞をオンに (U = 2.64 m/s)。主流速度を安定させるために 10 分のためにそれを実行します。日時= 50,000、主流速度がU = 2.64 m/s。</li>
		<li>連続レーザーをオンにします。5-10 フロー構造のスナップショットをキャプチャするのにには、デジタル カメラを使用します。</li>
		<li>レーザー シート レフ コアの縦の断面でかどうかを確認 (図 3に示すように典型的な構造を参照してください)。もしそうなら、マーク後の PIV 計測のための参照としてデルタ翼のモデルにこの位置そうでなければ、光学レンズを調整することによってレーザー シートの位置を変更し、手順 1.4.6 - 1.5.3 校正をリセットします。</li>
		<li>それらのイメージを確認し、フォーカスと明るさをチェックします。画像の品質に満足できない場合は、レンズまたは ISO 設定の絞りを調整します。</li>
		<li>多くのスナップショット (通常約 20) と動画の撮影 (約 40 秒) 適切なセットアップを。レーザーの電源を切り、コンピューターにデータを転送します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
PIV 計測
	<ol>
<li>2.1.3 ステップとステップ 2.1.5 からスナップショットの結果から知られている参照の位置に基づいて、興味深い地域を選択 (x/c≒ 0.3) 渦構造を観察することができます fov。連続レーザーと PIV 計測用 CCD カメラとデュアル パルス レーザーとデジタル カメラを交換してください。</li>
		<li>1.4.6 - 1.5.3 PIV 計測のためのキャリブレーションを記録するための手順を繰り返します。</li>
		<li>目的の主流速度Uで風洞をオン = 2.64 m/s. 主流速度が安定する 10 分のためにそれを実行します。</li>
		<li>デュアル パルス レーザーで最高の電力レベルを調整し、スタンドします。ソフトウェアを使用して 100 のデータ集録を開始 s。データの記録が終了したら、レーザー ヘッドを無効に。</li>
		<li>ソフトウェアで取得した画像を確認し、レーザー シート分布、粒子密度 (通常必要な尋問各地区 6-10 粒子)、フォーカス、およびダブル フレーム (尋問の 25-50% の間の粒子変位をチェックエリア)。</li>
		<li>2.2.5 の手順で説明するよう、画像の品質が、満足のいく場合。 PC のハード ディスクにデータを保存し、上記の手順を繰り返すことによって以外の場合を実行します。そうでなければ、手順 1.7 および 2.2、慎重に調整してセットアップ。</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. データ処理
<ol><li>
煙可視化を向上 注: 次の手順、3.1.1-3.1.4、MATLAB コードによって自動的に行われます (符号化する補足のファイルを参照してください)。<ol>
<li>ビデオをフレームのシーケンスに変換します。RGB 形式のフレームをグレースケールに変換します。デルタ翼表面が水平になるには、フレームを回転させます。後の処理が (図 2 a) の関心の領域を選択します。</li>
		<li>明るさと流れの構造を強調するためコントラストを調整します。バイナリ イメージ (図 2 b) に画像を変換に適応的しきい値を適用します。</li>
		<li>各列のバイナリ値を追加し、合計が突然変化する位置を見つけます。この位置は渦の内訳場所 (図 2 c) です。</li>
		<li>渦崩壊の場所およびそれらの対応する時間を記録します。こうして破壊振動の時間的変化が得られます。</li>
		<li>実際のサイズ ピクセルからの時間履歴を変換して基準位置を識別するためにピクセルのサイズの尺度 (1.5.3 の手順でキャリブレーション ターゲット プレートを使用して画像から測定) を使用します。内訳振動の時間履歴をプロットします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
PIV 計測
	<ol>
<li>PIV ソフトウェアを実行します。スケール ファクターと座標の基準位置を設定するのには、2.2.2 の手順で取得した画像を使用します。粒子をハイライトし、削減ノイズ18画像処理ライブラリを介して取得したデータを前処理します。</li>
		<li>32 × 32 ピクセルの最小グリッド サイズと 50% の最小重複適応尋問エリア メソッドを使用します。イメージの領域を選択し、適応の相互相関の 3 x 3 ベクトル検証を設定します。</li>
		<li>結果は速度ベクトル場として与えられる、青いベクトル正しいベクトルが、緑色のものは置換のベクトルと赤い物が悪いベクトル。</li>
		<li>その周辺地域のベクトルを比較することによってローカルの速度を推定する平均の検証メソッドを移動 3 x 3 を適用します。近所の人たちの平均近所の人たちからあまり逸脱ベクトルを交換してください。</li>
		<li>時間の歴史、例えば時間平均速度、標準偏差、速度成分間の相関の流動特性を取得する速度マップのベクトル統計を計算します。流れ場、例えば、渦度、せん断応力と旋回力の内部機能を示すベクトル マップからスカラーのデリバティブを計算します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Smits, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Flow visualization: Techniques and examples. , (2012).</li><li>Barlow, J. B., Rae, W. H., Pope, 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> Low-speed wind tunnel testing. , (1999).</li><li>Merzkirch, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Flow visualization. , (1987).</li><li>Raffel, M., Willert, C. E., Wereley, S., Kompenhans, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Particle image velocimetry: A practical guide. , (2007).</li><li>Westerweel, J., Elsinga, G. E., Adrian, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle+Image+Velocimetry+for+Complex+and+Turbulent+Flows.">Particle Image Velocimetry for Complex and Turbulent Flows.</a> Annu Rev Fluid Mech. 45 (1), 409-436 (2013).</li><li>Meinhart, C. D., Wereley, S. T., Santiago, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PIV+measurements+of+a+microchannel+flow.">PIV measurements of a microchannel flow.</a> Exp Fluids. 27 (5), 414-419 (1999).</li><li>Gursul, 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+unsteady+vortex+flows+over+slender+delta+wings.">Review of unsteady vortex flows over slender delta wings.</a> J Aircraft. 42 (2), 299-319 (2005).</li><li>Gursul, I., Gordnier, R., Visbal, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unsteady+aerodynamics+of+nonslender+delta+wings.">Unsteady aerodynamics of nonslender delta wings.</a> Prog Aerosp Sci. 41 (7), 515-557 (2005).</li><li>Lowson, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Some+experiments+with+vortex+breakdown.">Some experiments with vortex breakdown.</a> JRoy Aeronaut Soc. 68, 343-346 (1964).</li><li>Payne, F. M., Ng, T., Nelson, R. C., Schiff, L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+and+wake+surveys+of+vortical+flow+over+a+delta+wing.">Visualization and wake surveys of vortical flow over a delta wing.</a> AIAA J. 26 (2), 137-143 (1988).</li><li>Lowson, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+three+dimensional+vortex+sheet+structure+on+delta+wings.">The three dimensional vortex sheet structure on delta wings.</a> Fluid Dynamics of Three-Dimensional Turbulent Shear Flows and Transition. , 11.11-11.16 (1989).</li><li>Riley, A. J., Lowson, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+a+three-dimensional+free+shear+layer.">Development of a three-dimensional free shear layer.</a> J Fluid Mech. 369, 49-89 (1998).</li><li>Menke, M., Gursul, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unsteady+nature+of+leading+edge+vortices.">Unsteady nature of leading edge vortices.</a> Phys Fluids. 9 (10), 2960 (1997).</li><li>Yayla, S., Canpolat, C., Sahin, B., Akilli, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Yaw+angle+effect+on+flow+structure+over+the+nonslender+diamond+wing.">Yaw angle effect on flow structure over the nonslender diamond wing.</a> AIAA J. 48 (10), 2457-2461 (2010).</li><li>Menke, M., Gursul, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonlinear+response+of+vortex+breakdown+over+a+pitching+delta+Wing.">Nonlinear response of vortex breakdown over a pitching delta Wing.</a> J Aircraft. 36 (3), 496-500 (1999).</li><li>Sahin, B., Yayla, S., Canpolat, C., Akilli, 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+structure+over+the+yawed+nonslender+diamond+wing.">Flow structure over the yawed nonslender diamond wing.</a> Aerosp Sci Technol. 23 (1), 108-119 (2012).</li><li>Kohlman, D. L., Wentz, J. W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vortex+breakdown+on+slender+sharp-edged+wings.">Vortex breakdown on slender sharp-edged wings.</a> J Aircraft. 8 (3), 156-161 (1971).</li><li>Lu, L., Sick, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-speed+Particle+Image+Velocimetry+Near+Surfaces.">High-speed Particle Image Velocimetry Near Surfaces.</a> J Vis Exp. (76), e50559 (2013).</li><li>Mitchell, A. M., Barberis, D., Molton, P., D&#233;lery, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oscillation+of+Vortex+Breakdown+Location+and+Blowing+Control+of+Time-Averaged+Location.">Oscillation of Vortex Breakdown Location and Blowing Control of Time-Averaged Location.</a> AIAA J. 38 (5), 793-803 (2000).</li><li>Shen, L., Wen, C. -. y., Chen, 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=Asymmetric+Flow+Control+on+a+Delta+Wing+with+Dielectric+Barrier+Discharge+Actuators.">Asymmetric Flow Control on a Delta Wing with Dielectric Barrier Discharge Actuators.</a> AIAA J. 54 (2), 652-658 (2016).</li><li>Leibovich, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Structure+of+Vortex+Breakdown.">The Structure of Vortex Breakdown.</a> Annu Rev Fluid Mech. 10 (1), 221-246 (1978).</li><li>Mitchell, A. M., Molton, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vortical+Substructures+in+the+Shear+Layers+Forming+Leading-Edge+Vortices.">Vortical Substructures in the Shear Layers Forming Leading-Edge Vortices.</a> AIAA J. 40 (8), 1689-1692 (2002).</li><li>Gad-El-Hak, M., Blackwelder, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+discrete+vortices+from+a+delta+wing.">The discrete vortices from a delta wing.</a> AIAA J. 23 (6), 961-962 (1985).</li><li>Zhou, J., Adrian, R. J., Balachandar, S., Kendall, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+for+generating+coherent+packets+of+hairpin+vortices+in+channel+flow.">Mechanisms for generating coherent packets of hairpin vortices in channel flow.</a> J. Fluid Mech. 387, 353-396 (1999).</li><li>Adrian, R. J., Christensen, K. T., Liu, Z. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+and+interpretation+of+instantaneous+turbulent+velocity+fields.">Analysis and interpretation of instantaneous turbulent velocity fields.</a> Exp Fluids. 29 (3), 275-290 (2000).</li><li>Yoda, M., Hesselink, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+three-dimensional+visualization+technique+applied+to+flow+around+a+delta+wing.">A three-dimensional visualization technique applied to flow around a delta wing.</a> Exp. Fluids. 10 (2-3), (1990).</li><li>Greenwell, D. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> RTO AVT Symposium. , (2001).</li><li>Furman, A., Breitsamter, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Turbulent+and+unsteady+flow+characteristics+of+delta+wing+vortex+systems.">Turbulent and unsteady flow characteristics of delta wing vortex systems.</a> Aerosp Sci Technol. 24 (1), 32-44 (2013).</li><li>Wang, C., Gao, Q., Wei, R., Li, T., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+flow+visualization+and+tomographic+particle+image+velocimetry+for+vortex+breakdown+over+a+non-slender+delta+wing.">3D flow visualization and tomographic particle image velocimetry for vortex breakdown over a non-slender delta wing.</a> Exp Fluids. 57 (6), (2016).</li></ol>

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この記事は、2 つの流れの可視化手法、改善された煙の流れの可視化と PIV 計測、定性的・定量的デルタ翼上の流れ構造を調査するを示します。実験の一般的な手順がステップバイ ステップで説明します。これらの 2 つの方法の設定は、関連するデバイスが異なるほぼ同じです。これらの 2 つの流れの可視化手法の基本原理は、レーザー シートを介して流における粒子を照らすためです。改良された煙の流れの可視化は、不明な流れの概要を取得するために便利です、同時グローバル流動構造と小さなローカル構造を取得できます。定量的 PIV 解析は興味深い流れ場の詳細なベクトル地図を提供します。したがって、これらの流れの可視化方法を組み合わせることは大いに研究効率を改善できます。
通常スモーク ワイヤ流れの可視化と比較して、ここに示す煙流動可視化手法がむしろ効率的に行われます。粒子が均一に分散されているために、小流量構造、簡単に識別されます。複雑な三次元流れのこのメソッドを使用するを設定する空間の任意の位置で異なる断面の流れを観察する一方、レーザー シートは、伝統的なスモーク ワイヤ法で、煙で常に配置必要がありますレーザー シート方向と観測窓はそれに応じて限られた26です。また、この改良法はスモーク ワイヤ実験中に一部地域で煙の不在によって引き起こされる任意のフローの詳細を見逃してはなりません。ただし、このメソッドになるオープン ループ風洞施設播種を実施する方法のために適していません。架空のイルミネーション3,27の落とし穴を避ける流れ可視化データを慎重に分析する必要があります。
デルタ翼上の流れ場は 3次元性の妨害に敏感、非侵入型の調査は21をお勧めします。平面の測定、PIV 計測28,29中観察平面上の直交速度成分の検討が欠かせません。この場合、レーザー シート厚さと 2 つのフレーム間の時間間隔は、粒子のほとんどがレーザー シートを移動しないように直交速度との妥協をする必要があります。同様の測定は、いくつかのケースを事前に最も適した物を識別する別のセットアップ パラメーターで実行することをお勧めします。
このペーパーで説明した流れの可視化手法が便利に、効率的かつ低コストです。これらの技術がアクティブなフロー制御を含む複雑な流れ場に適用されます物体ドラッグ低減と渦構造の相互作用、すばやく制御の効果を評価し、制御機構を理解を加速させるなど、将来的に、制御パラメーターの最適化。

可視化技術による流場計測、流体工学の基本的な手法です。異なる可視化技術の中でスモーク ワイヤ流れの可視化風洞実験と水槽実験で染料の可視化、質的フロー構造を説明するために最も広く使用されています。PIV レーザー ドップラー計 (LDA) は、2 つの標準的な定量的方法1.
スモーク ワイヤ流れの可視化、煙 streaklines を電熱線で油滴から生成、実験中に外側の煙の発電機/コンテナーから注入します。ハイパワー ライトまたはレーザー シートは、煙の streaklines を照らすに使用されます。画像はさらに分析のために記録されます。これは非常に役に立つ流れ可視化方法2が簡単です。ただし、この手法の有効性は、煙の線、複雑な三次元流れ場、流れの比較的高い速度と煙の発生3の効率の期間が短いなどの様々 な要因によって限定されます。
PIV 計測に混入粒子流れの断面はレーザー シートに照らされた、この断面内の粒子のインスタント位置が高速カメラで撮影されました。非常に小さな時間間隔内で画像のペアが記録されます。画像を尋問エリアのグリッドに分割し、相互相関関数による尋問エリアの粒子の平均運動を計算する、この観測断面で瞬時速度ベクトル マップを得ることが。ただし、観測窓、速度地図、平面直交速度、画像のペア間の時間間隔で速度マグニチュードの解像度のサイズなどの要因のための妥協に到達する必要があることをまた知られています。大きさと粒子密度4。したがって、多くの予備的実験は、実験の設定を最適化するために必要かもしれない。高価なと PIV 計測だけで5,6の未知の複雑な流れを調査する時間がかかるでしょう。上記の懸念を考慮した煙の流れの可視化・ PIV 計測を結合するための戦略を提案し、細長いデルタ翼の複雑な流れを研究に紹介します。
レフ流れデルタ翼の数多くの研究は、実施7、8流れの可視化技術の主要なツールとして使用されています。多くの興味深い流れ現象がみ: スパイラル タイプと泡タイプ渦故障9,10, 非定常せん断層構造11,12、レフ内訳場所13 の振動、ピッチングとヨーイングの効果角度14,,1516でフロー構造にしています。ただし、デルタ翼の流れのいくつかの非定常現象の基になるメカニズムは、不明7残ります。この作品ではスモーク ワイヤの代わりに、PIV 計測で使用される同じシード粒子を用いた煙の流れの可視化を改善する.この改善は大幅可視化の操作を簡素化し、画像の品質を向上させます。PIV 計測改良された煙の流れの可視化から結果に基づき, 定量的情報の獲得に興味のそれらの流れに焦点を当てください。
ここでは、詳細な説明は、風洞実験で流れの可視化実験を実施してデルタ翼の非定常流動現象を調査する方法について説明に提供されます。改良された煙の流れの可視化と PIV 計測の 2 つの可視化方法は、この実験で一緒に使用されます。プロシージャには、デバイスの設定とパラメーターの調整のステップ バイ ステップ ガイドが含まれています。典型的な結果は、時空間の複雑な流れ場を測定するためのこれらの 2 つの方法を組み合わせることの利点を示します。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>532 nm Nd:YAG laser</td>
			<td>Quantel Laser</td>
			<td>Evergreen 600mJ</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High speed camera</td>
			<td>Dantec Dynamic</td>
			<td>HiSense 4M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>camera lens</td>
			<td>Tamron</td>
			<td>SP AF180mm F/3.5 Di</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PIV recording and processing software</td>
			<td>Dantec Dynamic</td>
			<td>DynamicStudio</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cylindrical lens</td>
			<td>Newport</td>
			<td></td>
			<td>&#934;=12 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>convex lens</td>
			<td>Newport</td>
			<td></td>
			<td>f=700 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>neutral density filter</td>
			<td>Newport</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calibration target</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>aerosol generator</td>
			<td>TSI</td>
			<td>TSI 9307-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PULSE GENERATOR</td>
			<td>Berkeley Nucleonics Corp</td>
			<td>BNC 575</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>continuous laser</td>
			<td></td>
			<td>APGL-FN-532-1W</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital camera</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>Nikon D5200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Image processing</td>
			<td>Matlab</td>
			<td></td>
			<td>custom code</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>wind tunnel support</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>laser level</td>
			<td>BOSCH</td>
			<td>GLL3-15X</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>angle meter</td>
			<td>BOSCH</td>
			<td>GAM220</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

experimental investigation of the flow structure over a delta wing via flow visualization methods

デルタ翼上の流れ場は一対のカウンター回転前縁渦 (レフ) によって支配されることが知られています。しかし、そのメカニズムはよくわかりません。流れの可視化は、時空間の複雑な流れ場を説明するために有望な非侵入型の方法です。基本的な流れの可視化のセットアップは、ハイパワー レーザーとレーザー シート、カメラ、トレーサー粒子ジェネレーター、データ プロセッサを生成する光学レンズで構成されます。風洞セットアップ、関連する、デバイスの仕様および対応するパラメーターの設定、取得するフロー機能に依存します。
通常のスモーク ワイヤ流れの可視化では、スモーク ワイヤを使用して、フローの streaklines を示します。ただし、このメソッドのパフォーマンスは、ときに複雑な流れ場において、空間解像度が低いによって制限されます。したがって、改善された煙流動可視化技術が開発されました。この手法は、同時に大規模なグローバル レフ流れ場と小規模なせん断層流れの構造を示しています後詳細な粒子画像流速測定法 (PIV) 計測の貴重な参考情報を提供します。
本稿では、デルタ翼の非定常流動現象を研究する改良された煙の流れの可視化・ PIV 計測のアプリケーションに示します。風洞のセットアップ、データ集録、データ処理など、プロシージャおよび実験を行うための注意事項が表示されます。代表の結果は、これらの 2 つの流れの可視化手法が定性的・定量的三次元流れ場を調査するための効果的なテクニックであることを示します。

図 2dレフ内訳場所の履歴が表示されます。黒い曲線はポートサイド レフを表し、赤色の曲線は右舷レフを。タイム スケールが自由な流れの速度と弦の長さで無次元化です。これら二つの相関係数の時刻歴はr = −0.53、レフ内訳場所の振動の強い反対称相互作用を示します。この結果は、他の仕事とよく13,19,20を同意します。
図 3 αで縦の断面でレフ流れの構造を示しています = 34 ° とRe = 75,000。元の画像は、1/500 秒の露出時間との RGB 形式でデジタル カメラによって捕獲されました。この図では、座標はデルタ翼弦の長さによって正規化されます。10 mm 目盛は参考のため右上にプロットされます。結果は、明らかに主のレフのコアは、デルタ翼の先端から直線で下流に成長するを示します。X位置付近 0.19 = c、渦糸コアの急拡大します。これはリーディング エッジの渦崩壊9,21として知られています。故障個所をきっかけになります乱流。プライマリ レフ コアの周りは小さな渦構造です。これらの部分は縁に属し、せん断層12,22,23圧延内主な渦糸コア周辺の渦します。部分は、LEV の内側の層に移動と長手方向渦糸コアの近くに比較的高い速度成分によりその形状が引き伸ばされます。実験中に LEV の流れの構造が、レフ故障個所を除いて、かなり静止したことを注意します。この結果は、この煙の流れの可視化手法が地元の小さな流れの構造と世界的な流れの構造進化のバランスを達成できることを示しています。
図 4は、PIV 計測から捕獲した 64 x 64 ピクセル領域で標準的な粒子画像を示します。フレームに 32 x 32 ピクセル尋問エリアに 10 識別された粒子は、黄色の丸でマークがあります。フレーム B に示すようの新しい位置にこれらの粒子 2 つのフレーム間の時間間隔の後転置します。変位は、これらの尋問のエリア間ほぼ 70% の重複の結果尋問領域の四分の一についてです。さらに、ほぼすべての粒子はセットアップ パラメーターがこの場合適切に選ばれたことを示すレーザー シート面に残ります。
図 5は、縦と横方向の断面で PIV の平均結果を示しています。これらの測定を実施する前に手順 2.1.1 - 2.1.3 主磁束コア位置を識別するために改良された煙の流れの可視化が行われています。図 5の座標は、デルタ翼弦長cとローカル semispan 長さSLに正規化されます。渦度<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/57244/57244eq4.jpg">として正規化ω * = ωU∞/c。この結果によると正と負の渦度の語形によってプライマリ渦糸コアを簡単に識別できる、黒の点線でマークされています。上部および下部領域で転がりせん断層は大規模な渦度を表示します。Λci基準24,25 PIV 計測から渦を識別するために使用されます。図 5では、実線はローカル旋回力の渦の存在を示すゼロより低い地域を示しています。コア近く伸びているし、旋回強度輪郭に表示されません。しかし、集中渦度の輪郭はまだ白い点線でマークされている部分をここを示唆します。図 5 b、それぞれの側に流れリーディング エッジで区切るし、レフのコアにロールバック後、強いせん断層を形成に、速度ベクトル マップ明確に示しています。縦の断面内の流れ構造を補完、スパン方向の流れ構造明らかに外側の渦構造の進化を示します。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57244/57244fig1.jpg"> 図 1: セットアップの模式図。(a)デルタ翼モデル;長軸方向の断面、スパン方向の断面、断面、PIV 計測の設定を(b d)それぞれ。<a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57244/57244fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57244/57244fig2.jpg"> 図 2: レフ故障個所の測定。(a)横の横断面の前縁渦構造を示す煙流動可視化結果: α = 34 ° とRe = 50,000;マークされた領域が回転し、さらに処理されます。(b)マークされた領域のバイナリ イメージで (、)、レフ コアと内訳を明確にします。(c)バイナリ イメージ (b) の各列と弦長cによって正規化された縦方向 (x 方向)、識別されたレフ故障個所の合計。(d)レフ内訳場所の時刻歴。<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57244/57244eq5.jpg">時間平均位置と<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/57244/57244eq6.jpg">時間平均位置にインスタントの距離です。<a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57244/57244fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57244/57244fig3.jpg"> 図 3: αの縦の断面で前縁渦構造 = 34 ° と日時= 75,000、煙の流れの可視化から得られます。<a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57244/57244fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57244/57244fig4.jpg"> 図 4: 64 x 64 ピクセルの領域に粒子画像。対応する尋問領域は、32 x 32 ピクセルです。A と B のフレーム間の時間間隔は 80 マイクロ秒です。元の尋問区域で識別された粒子は、黄色の円で示されます。<a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57244/57244fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57244/57244fig5.jpg"> 図 5: PIV の時間平均結果。(、) 実線で無次元渦度ω *輪郭のマーキングは縦の断面でゼロのローカル旋回強度よりも低い地域。(b) Dimensionless 渦度ω * xでスパン方向断面の速度ベクトルを用いた輪郭 = 0.4c;座標はローカル semispan 長SLによって正規化された (α = 34 ° とRe = 50,000)。<a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57244/57244fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。

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Experimental Investigation of the Flow Structure over a Delta Wing Via Flow Visualization Methods

ここでは、変更された煙流動の可視化手法を使用してデルタ翼に渦の非定常流れを観察し、前縁渦内訳場所の振動のメカニズムを調査するためのプロトコルを提案する.

流れ可視化手法によるデルタ翼上の流れ構造に関する実験的研究

It is well known that the flow field over a delta wing is dominated by a pair of counter rotating leading edge vortices (LEV). However, their mechanism is ...

experimental-investigation-flow-structure-over-delta-wing-via-flow

Nanyang Technological University

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Civil Engineering

Mechanical Engineering

Engineering

Unit 1

Flow over Immersed Bodies

Force Vectors

SCIENTISTS IN ACTION

10.5K ビュー.  Hong Kong Polytechnic University. ここでは、変更された煙流動の可視化手法を使用してデルタ翼に渦の非定常流れを観察し、前縁渦内訳場所の振動のメカニズムを調査するためのプロトコルを提案する.

ビデオ: Experimental Investigation of the Flow Structure over a Delta Wing Via Flow Visualization Methods

Determining 3D Flow Fields via Multi-camera Light Field Imaging

In the field of fluid mechanics, the resolution of computational schemes has outpaced experimental methods and widened the gap between predicted and observed phenomena in fluid flows. Thus, a need exists for an accessible method capable of resolving three-dimensional (3D) data sets for a range of problems. We present a novel technique for performing quantitative 3D imaging of many types of flow fields. The 3D technique enables investigation of complicated velocity fields and bubbly flows. Measurements of these types present a variety of challenges to the instrument. For instance, optically dense bubbly multiphase flows cannot be readily imaged by traditional, non-invasive flow measurement techniques due to the bubbles occluding optical access to the interior regions of the volume of interest. By using Light Field Imaging we are able to reparameterize images captured by an array of cameras to reconstruct a 3D volumetric map for every time instance, despite partial occlusions in the volume. The technique makes use of an algorithm known as synthetic aperture (SA) refocusing, whereby a 3D focal stack is generated by combining images from several cameras post-capture 1. Light Field Imaging allows for the capture of angular as well as spatial information about the light rays, and hence enables 3D scene reconstruction. Quantitative information can then be extracted from the 3D reconstructions using a variety of processing algorithms. In particular, we have developed measurement methods based on Light Field Imaging for performing 3D particle image velocimetry (PIV), extracting bubbles in a 3D field and tracking the boundary of a flickering flame. We present the fundamentals of the Light Field Imaging methodology in the context of our setup for performing 3DPIV of the airflow passing over a set of synthetic vocal folds, and show representative results from application of the technique to a bubble-entraining plunging jet.

A technique for performing quantitative three-dimensional (3D) imaging for a range of fluid flows is presented. Using concepts from the area of Light Field Imaging, we reconstruct 3D volumes from arrays of images. Our 3D results span a broad range including velocity fields and multi-phase bubble size distributions.

マルチカメラライトフィールドイメージングを介して3D流れ場の決定

In the field of fluid mechanics, the resolution of computational schemes has outpaced experimental methods and widened the gap between predicted and ...

工学

Fabrication, Operation and Flow Visualization in Surface-acoustic-wave-driven Acoustic-counterflow Microfluidics

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we present the fabrication protocol for a multilayered SAW acoustic counterflow device. The device is fabricated starting from a lithium niobate (LN) substrate onto which two interdigital transducers (IDTs) and appropriate markers are patterned. A polydimethylsiloxane (PDMS) channel cast on an SU8 master mold is finally bonded on the patterned substrate. Following the fabrication procedure, we show the techniques that allow the characterization and operation of the acoustic counterflow device in order to pump fluids through the PDMS channel grid. We finally present the procedure to visualize liquid flow in the channels. The protocol is used to show on-chip fluid pumping under different flow regimes such as laminar flow and more complicated dynamics characterized by vortices and particle accumulation domains.

In this video we first describe fabrication and operation procedures of a surface acoustic wave (SAW) acoustic counterflow device. We then demonstrate an experimental setup that allows for both qualitative flow visualization and quantitative analysis of complex flows within the SAW pumping device.

表面弾性波駆動型アコースティック·逆流マイクロフルイディクスで製作、操作と流れの可視化

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we ...

Measuring Material Microstructure Under Flow Using 1-2 Plane Flow-Small Angle Neutron Scattering

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is presented. The SANS shear cell consists of a concentric cylinder Couette geometry that is sealed and rotating about a horizontal axis so that the vorticity direction of the flow field is aligned with the neutron beam enabling scattering from the 1-2 plane of shear (velocity-velocity gradient, respectively). This approach is an advance over previous shear cell sample environments as there is a strong coupling between the bulk rheology and microstructural features in the 1-2 plane of shear. Flow-instabilities, such as shear banding, can also be studied by spatially resolved measurements. This is accomplished in this sample environment by using a narrow aperture for the neutron beam and scanning along the velocity gradient direction. Time resolved experiments, such as flow start-ups and large amplitude oscillatory shear flow are also possible by synchronization of the shear motion and time-resolved detection of scattered neutrons. Representative results using the methods outlined here demonstrate the useful nature of spatial resolution for measuring the microstructure of a wormlike micelle solution that exhibits shear banding, a phenomenon that can only be investigated by resolving the structure along the velocity gradient direction. Finally, potential improvements to the current design are discussed along with suggestions for supplementary experiments as motivation for future experiments on a broad range of complex fluids in a variety of shear motions.

A shear cell is developed for small-angle neutron scattering measurements in the velocity-velocity gradient plane of shear and is used to characterize complex fluids. Spatially resolved measurements in the velocity gradient direction are possible for studying shear-banding materials. Applications include investigations of colloidal dispersions, polymer solutions, and self-assembled structures.

1〜2平面フロー小角中性子散乱を用いた材料の微細構造の下で流量を測定

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film synthesis) for the purpose of exploratory materials research. Certain materials pose a challenge wherein the traditional bulk Hall bar device fabrication method is insufficient to produce a measureable device for sample transport measurement, principally because the single crystal size is too small to attach wire leads to the sample in a Hall bar configuration. This can be, for example, because the first batch of a new material synthesized yields very small single crystals or because flakes of samples of one to very few monolayers are desired. In order to enable rapid characterization of materials that may be carried out in parallel with improvements to their growth methodology, a method of device fabrication for very small samples has been devised to permit the characterization of novel materials as soon as a preliminary batch has been produced. A slight variation of this methodology is applicable to producing devices using exfoliated samples of two-dimensional materials such as graphene, hexagonal boron nitride (hBN), and transition metal dichalcogenides (TMDs), as well as multilayer heterostructures of such materials. Here we present detailed protocols for the experimental device fabrication of fragments and flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate and subsequent measurement in a commercial superconducting magnet, dry helium close-cycle cryostat magnetotransport system at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

We describe the methodology of mechanical exfoliation and deposition of flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate, fabrication of experimental device structures for transport experimentation, and the magnetotransport measurement in a dry helium close-cycle cryostat at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

新規材料の低温磁気伝導測定のための高度な実験方法

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor compression based cooling process. Nickel-Titanium (Ni-Ti) based alloy systems, especially, show large elastocaloric effects. Furthermore, exhibit large latent heats which is a necessary material property for the development of an efficient solid-state based cooling process. A scientific test rig has been designed to investigate these processes and the elastocaloric effects in SMAs. The realized test rig enables independent control of an SMA&#39;s mechanical loading and unloading cycles, as well as conductive heat transfer between SMA cooling elements and a heat source/sink. The test rig is equipped with a comprehensive monitoring system capable of synchronized measurements of mechanical and thermal parameters. In addition to determining the process-dependent mechanical work, the system also enables measurement of thermal caloric aspects of the elastocaloric cooling effect through use of a high-performance infrared camera. This combination is of particular interest, because it allows illustrations of localization and rate effects &#8212; both important for efficient heat transfer from the medium to be cooled.
The work presented describes an experimental method to identify elastocaloric material properties in different materials and sample geometries. Furthermore, the test rig is used to investigate different cooling process variations. The introduced analysis methods enable a differentiated consideration of material, process and related boundary condition influences on the process efficiency. The comparison of the experimental data with the simulation results (of a thermomechanically coupled finite element model) allows for better understanding of the underlying physics of the elastocaloric effect. In addition, the experimental results, as well as the findings based on the simulation results, are used to improve the material properties.

Experimental methods for investigation of solid state cooling processes and characterization of elastocaloric material properties of Shape Memory Alloys (SMA) are presented. A custom-built test rig has been designed for controlling and comprehensive monitoring of elastocaloric cooling processes. Furthermore, it provides a validation platform for thermomechanically coupled modeling approaches.

形状記憶基づきElastocaloric冷却プロセスの調査とモデル検証のための実験方法

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor ...

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.

ジェット流の場合：乱流のアプリケーションのための3次元粒子追跡流速

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 ...

Design and Use of a Full Flow Sampling System (FFS) for the Quantification of Methane Emissions

The use of natural gas continues to grow with increased discovery and production of unconventional shale resources. At the same time, the natural gas industry faces continued scrutiny for methane emissions from across the supply chain, due to methane&#39;s relatively high global warming potential (25-84x that of carbon dioxide, according to the Energy Information Administration). Currently, a variety of techniques of varied uncertainties exists to measure or estimate methane emissions from components or facilities. Currently, only one commercial system is available for quantification of component level emissions and recent reports have highlighted its weaknesses.
In order to improve accuracy and increase measurement flexibility, we have designed, developed, and implemented a novel full flow sampling system (FFS) for quantification of methane emissions and greenhouse gases based on transportation emissions measurement principles. The FFS is a modular system that consists of an explosive-proof blower(s), mass airflow sensor(s) (MAF), thermocouple, sample probe, constant volume sampling pump, laser based greenhouse gas sensor, data acquisition device, and analysis software. Dependent upon the blower and hose configuration employed, the current FFS is able to achieve a flow rate ranging from 40 to 1,500 standard cubic feet per minute (SCFM). Utilization of laser-based sensors mitigates interference from higher hydrocarbons (C2+). Co-measurement of water vapor allows for humidity correction. The system is portable, with multiple configurations for a variety of applications ranging from being carried by a person to being mounted in a hand drawn cart, on-road vehicle bed, or from the bed of utility terrain vehicles (UTVs). The FFS is able to quantify methane emission rates with a relative uncertainty of &#177; 4.4%. The FFS has proven, real world operation for the quantification of methane emissions occurring in conventional and remote facilities.

Design and Use of a Full Flow Sampling System FFS for the Quantification of Methane Emissions

We have designed, developed, and implemented a novel full flow sampling system (FFS) for quantification of methane emissions and greenhouse gases from across the natural gas supply chain.

メタン排出量の定量化のための設計とフルフローサンプリングシステムの利用（FFS）

The use of natural gas continues to grow with increased discovery and production of unconventional shale resources. At the same time, the natural gas ...

Microfluidic Imaging Flow Cytometry by Asymmetric-detection Time-stretch Optical Microscopy (ATOM)

Scaling the number of measurable parameters, which allows for multidimensional data analysis and thus higher-confidence statistical results, has been the main trend in the advanced development of flow cytometry. Notably, adding high-resolution imaging capabilities allows for the complex morphological analysis of cellular/sub-cellular structures. This is not possible with standard flow cytometers. However, it is valuable for advancing our knowledge of cellular functions and can benefit life science research, clinical diagnostics, and environmental monitoring. Incorporating imaging capabilities into flow cytometry compromises the assay throughput, primarily due to the limitations on speed and sensitivity in the camera technologies. To overcome this speed or throughput challenge facing imaging flow cytometry while preserving the image quality, asymmetric-detection time-stretch optical microscopy (ATOM) has been demonstrated to enable high-contrast, single-cell imaging with sub-cellular resolution, at an imaging throughput as high as 100,000 cells/s. Based on the imaging concept of conventional time-stretch imaging, which relies on all-optical image encoding and retrieval through the use of ultrafast broadband laser pulses, ATOM further advances imaging performance by enhancing the image contrast of unlabeled/unstained cells. This is achieved by accessing the phase-gradient information of the cells, which is spectrally encoded into single-shot broadband pulses. Hence, ATOM is particularly advantageous in high-throughput measurements of single-cell morphology and texture &#8211; information indicative of cell types, states, and even functions. Ultimately, this could become a powerful imaging flow cytometry platform for the biophysical phenotyping of cells, complementing the current state-of-the-art biochemical-marker-based cellular assay. This work describes a protocol to establish the key modules of an ATOM system (from optical frontend to data processing and visualization backend), as well as the workflow of imaging flow cytometry based on ATOM, using human cells and micro-algae as the examples.

Microfluidic Imaging Flow Cytometry by Asymmetric-detection Time-stretch Optical Microscopy ATOM

This protocol describes the implementation of an asymmetric-detection time-stretch optical microscopy system for single-cell imaging in ultrafast microfluidic flow and its applications in imaging flow cytometry.

非対称検出時間ストレッチ光学顕微鏡（ATOM）によるマイクロ流体イメージングフローサイトメトリー

Scaling the number of measurable parameters, which allows for multidimensional data analysis and thus higher-confidence statistical results, has been the ...

Experimental Methods for Trapping Ions Using Microfabricated Surface Ion Traps

Ions trapped in a quadrupole Paul trap have been considered one of the strong physical candidates to implement quantum information processing. This is due to their long coherence time and their capability to manipulate and detect individual quantum bits (qubits). In more recent years, microfabricated surface ion traps have received more attention for large-scale integrated qubit platforms. This paper presents a microfabrication methodology for ion traps using micro-electro-mechanical system (MEMS) technology, including the fabrication method for a 14 &#181;m-thick dielectric layer and metal overhang structures atop the dielectric layer. In addition, an experimental procedure for trapping ytterbium (Yb) ions of isotope 174 (174Yb+) using 369.5 nm, 399 nm, and 935 nm diode lasers is described. These methodologies and procedures involve many scientific and engineering disciplines, and this paper first presents the detailed experimental procedures. The methods discussed in this paper can easily be extended to the trapping of Yb ions of isotope 171 (171Yb+) and to the manipulation of qubits.

This paper presents a microfabrication methodology for surface ion traps, as well as a detailed experimental procedure for trapping ytterbium ions in a room-temperature environment.

微細加工を用いたイオンを捕集する実験方法表面イオン トラップ

Ions trapped in a quadrupole Paul trap have been considered one of the strong physical candidates to implement quantum information processing. This is due ...

Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of nanowires. DEP is used for nanowire analysis, characterization, and for solution-based fabrication of semiconducting devices. The method works by applying an alternating electric field between metallic electrodes. The nanowire formulation is then dropped onto the electrodes which are on an inclined surface to create a flow of the formulation using gravity. The nanowires then align along the gradient of the electric field and in the direction of the liquid flow. The frequency of the field can be adjusted to select nanowires with superior conductivity and lower trap density. 
In this work, flow-assisted DEP is used to create nanowire field effect transistors. Flow-assisted DEP has several advantages: it allows selection of nanowire electrical properties; control of nanowire length; placement of nanowires in specific areas; control of orientation of nanowires; and control of nanowire density in the device. 
The technique can be expanded to many other applications such as gas sensors and microwave switches. The technique is efficient, quick, reproducible, and it uses a minimal amount of dilute solution making it ideal for the testing of novel nanomaterials. Wafer scale assembly of nanowire devices can also be achieved using this technique, allowing large numbers of samples for testing and large-area electronic applications.

In this paper, flow assisted dielectrophoresis is demonstrated for the self-assembly of nanowire devices. The fabrication of a silicon nanowire field effect transistor is shown as an example.

誘電泳動の流れ支援: 高性能低温硬化型ナノワイヤ デバイス作製のための低コストの方法

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of ...