Este trabalho foi financiado pela Israel Science Foundation, grant # 306/15.

1. preparação do sistema
<ol><li>Encha o tanque com água da torneira até uma profundidade de cerca de 20 cm para satisfazer a condição de águas profundas; Limpe a superfície da água de quaisquer contaminantes que possam afectar a tensão superficial.</li>
	<li>Posição a carruagem de instrumento para a busca do desejado.<ol>
<li>Monte o tubo de Pitot e posicione-o no centro da parte da seção de teste de fluxo de ar.</li>
		<li>Monte o medidor de onda num palco vertical controlado por computador para permitir sua calibração estática.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Posição o assembly LSG a busca desejada e a distância lateral de cerca de 7 cm de calibre da onda, para eliminar a interferência da onda bitola assembly com o caminho óptico. Nota: O uso de uma cortina opaca é recomendado para evitar a exposição do PSD para luz ambiente, bem como para proteger o ambiente de reflexões espúrias do feixe de laser.<ol>
<li>Ajustar o laser posicionado abaixo do tanque de água, para que o feixe é direcionado verticalmente e concentrar o feixe.</li>
		<li>Posição da lente de fresnel dentro da seção de teste mais alta possível acima da superfície da água para minimizar a perturbação da lente do fluxo de ar.</li>
		<li>Certifique-se que o feixe de laser desviado a lente na sua parte central nas condições extremas de vento planejado na sessão experimental.</li>
		<li>Montar a tela difusiva exatamente no plano focal da lente e, em seguida, verifique o alinhamento horizontal e vertical de tela e a lente.</li>
		<li>Certifique-se de que quaisquer dois feixes de laser vertical paralelo bater a tela difusiva exatamente no centro, quando a superfície da água é ainda. Nota: Isso pode ser testado usando dois lasers idênticos posicionados a alguma distância do outro.</li>
		<li>Posição do PSD, certificando-se de que toda a área da tela difusiva está dentro da área efetiva do detector. Realize a focagem da lente PSD ajustando as configurações de lente para a distância real entre a lente e a tela.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. calibração e funcionamento de sensores
<ol><li>
Calibração do indicador da onda
	<ol>
<li>Realizar a calibração do medidor de onda para cada local de medição e cada velocidade de vento máximo esperado no prazo experimental.<ol>
<li>Defina a posição vertical do sensor para que o nível médio da água é aproximadamente no meio do comprimento dos fios sensoriamento.</li>
			<li>Definir a velocidade do ventilador para o valor desejado e permitir que o vento a soprar constantemente por um tempo suficientemente longo (2-3 min).</li>
			<li>Usando um osciloscópio, ajustar manualmente a sensibilidade, ganho e o deslocamento da onda bitola usando a unidade de condicionador para garantir que os valores de tensão correspondente para a mais alta crista e a calha menor que esperado no campo de onda estão dentro do intervalo da / D conversor (+ /-10 V).</li>
			<li>Desligar o ventilador durante alguns minutos, até que a superfície da água se torna completamente intacta.</li>
			<li>Verificar se o comprimento submerso dentro crista máxima esperada e valores de calha movendo a onda calibre verticalmente.</li>
			<li>Executar a calibração automática da bitola onda usando uma rotina sob medida na água ainda submergindo a bitola em um número de profundidades especificados e gravar a saída de tensão média durante 5 s para cada profundidade.</li>
			<li>Cabe uma calibração quadrática polinomial para os dados gravados para obter a dependência H(V), onde H é a profundidade de submersão (correspondente a elevação instantânea da superfície), em função da tensão de saída Vde calibre.</li>
			<li>Verificar visualmente a qualidade da calibração equipada polinomial (Figura 3).</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig3.jpg"> Figura 3. Curva de calibração do indicador da onda. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56480/56480fig3large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<ol start="2"><li>
Calibração e ajuste de LSG
	<ol>
<li>Verificar o desempenho da LSG após cada deslocamento do conjunto do sensor.<ol>
<li>Usando um prisma óptico Cunha colocado sobre uma folha de vidro horizontal, desvie o feixe de laser em relação ao eixo óptico simulando uma inclinação de superfície de água conhecido.</li>
			<li>Amostra do PSD saídas do desvio laser do ponto na tela difusiva usando um osciloscópio ou um programa de aquisição de dados personalizados.</li>
			<li>Calcular o ângulo de deflexão do feixe e a inclinação da coordenada local do feixe do laser coordenadas medidos; Compare o resultado com o ângulo de cunha conhecido.</li>
			<li>Repita o procedimento para vários ângulos de deflexão, utilizando um ou mais prismas. Nota: Prismas cunha com ângulos de deflexão, que variam de 2,5 ° a 17,5 ° foram utilizadas; Se o teste falhar devido ao desalinhamento do PSD com a tela difusiva, ajuste o PSD manualmente, para corrigir para desalinhamento. Este procedimento é realizado manualmente usando um estágio da tradução horizontal 2D e um nível e é muito demorado.</li>
		</ol>
</li>
		<li>
Verificação da linearidade do procedimento de calibração e PSD
		<ol>
<li>Coloque uma grade igualmente espaçado que foi impresso em uma folha transparente na tela difusiva e prepare-a para que seus eixos, x e y, estão alinhados com o down e transversais direções de vento, respectivamente (Figura 4). Nota: A grade facilita a dirigir o feixe de laser para os locais desejados na tela difusiva convenientemente e com precisão usando um conjunto de prismas ou movendo o laser abaixo do ecrã difusiva nas direções ao longo-vento e vento lateral.</li>
			<li>Usando o conjunto de prismas, desvie o feixe de laser vertical para obter múltiplas posições radiais do laser do ponto na tela difusiva, mantendo um ângulo azimutal constante. Nota: A resolução de 1 cm e raio máximo de 7 cm são usados para cada um dos 9 ângulos azimutal.</li>
			<li>Mover o ponto do laser para várias posições no x-direção, mantendo y coordenar constante, mudar a direção do movimento de ye continuar x constante. Nota: Gama e resolução usados são semelhantes da seção anterior.</li>
			<li>Colete cerca de 50 pontos na grelha em cada calibração. Nota: As coordenadas de ponto de feixe de laser são adquiridas pelo PSD e avaliaram utilizando um osciloscópio de dois canais padrão ligado ao PSD.<ol>
<li>Para cada direção, uso linear ajuste dos dados para produzir os coeficientes de calibração para converter as coordenadas do feixe de laser no sensor do PSD para as coordenadas correspondentes na tela difusiva. Nota: Um exemplo de calibração o PSD é plotado na Figura 5 para um conjunto de pontos de tomadas ao longo da linha central da seção de teste. A resposta do sensor e assim, os coeficientes de calibração, é quase idêntica em todas as direções, quando os eixos da tela difusiva e o sensor são alinhados corretamente. A grade facilita o processo de calibração, permitindo uma fácil determinação das coordenadas do laser encosta na tela difusiva.</li>
			</ol>
</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig4.jpg"> Figura 4. A grade de tela difusiva. A grade facilita a dirigir o feixe de laser para os locais desejados na tela difusiva convenientemente e com precisão, usando um conjunto de prismas ou movendo o laser abaixo do ecrã difusiva ao longo-vento e direções de vento <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56480/56480fig4large.jpg" target="_blank">, por favor clique aqui para Ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig5.jpg"> Figura 5. Curva de calibração do PSD. A figura demonstra que a tradução do PSD saída de tensões para coordenadas produz resultados adequados. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56480/56480fig5large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
3. procedimento e aquisição de dados
Nota: Consulte a complementar Figura 1 para a interface de usuário usada nas etapas a seguir.
<ol><li>Ajustar a frequência de ventilador usando uma interface de usuário do programa custom-built. Nota: Quase gradual aumento da velocidade do vento sobre a superfície de água inicialmente imperturbado foi aplicado, seguido por uma taxa de fluxo de ar constante para uma duração prescrita (120 s), e um quase impulsivo desligado do ventilador.</li>
	<li>Determine o número de taxas de fluxo diferentes vento constante e as configurações necessárias ventilador.</li>
	<li>Ajuste as configurações de transdutor de pressão para a esperada gama de variações de pressão dinâmica detectado pelo Tubo Pitot.</li>
	<li>Certifique-se que no início de cada realização, sem vento, e a superfície da água é imperturbável (espelho liso). Inicie a aquisição de dados sincronicamente com a operação do ventilador.</li>
	<li>Gravar a elevação instantânea da superfície, componentes de superfície inclinação ao longo- e direções de vento lateral, o Pitot tube saída monitorando a velocidade do vento média U, e a variação de tensão do controlador de ventilador para a amostragem prescrita taxa ( 300 Hz/canal foram usados). Nota: A tensão da onda-bitola adquirida pelo programa é convertida automaticamente para a elevação da superfície através dos coeficientes de calibração do ajuste apresentado na Figura 3.</li>
	<li>Continue a amostragem por tempo suficiente gravar o campo de onda decadente após o desligamento do ventilador.</li>
	<li>Após a conclusão da amostragem, certifique-se que o procedimento experimental automático permite tempo suficiente (dependendo do sistema) para trazer a superfície da água à condição intacta antes do início da próxima execução.</li>
	<li>Salve todos os dados gravados para processamento posterior.</li>
	<li>Execute o número prescrito de realizações (geralmente 100 execuções independentes foram encontradas suficientes).</li>
	<li>Calcule os parâmetros ensemble-a média dos dados gravados, como uma função do tempo decorrido desde o início do soprador.</li>
	<li>Repita todo o procedimento para a configuração próxima do soprador correspondente à velocidade de vento alvo selecionado na seção de teste.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Sir William Thomson, F. R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrokinetic+solutions+and+observations.">Hydrokinetic solutions and observations.</a> Philosophical Magazine. 42, 362-377 (1871).</li><li>Jeffreys, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+formation+of+water+waves+by+wind.">On the formation of water waves by wind.</a> Proc. Roy. Soc. London Ser. A. 107, 189-206 (1925).</li><li>Miles, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+generation+of+surface+waves+by+shear+flows.">On the generation of surface waves by shear flows.</a> J. Fluid Mech. 3 (2), 185-204 (1957).</li><li>Phillips, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+generation+of+waves+by+turbulent+wind.">On the generation of waves by turbulent wind.</a> J. Fluid Mech. 2 (5), 417-445 (1957).</li><li>Plate, E. J., Chang, P. C., Hidy, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experiments+on+the+generation+of+small+water+waves+by+wind.">Experiments on the generation of small water waves by wind.</a> J. Fluid Mech. 35 (4), 625-656 (1969).</li><li>Mitsuyasu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+growth+of+the+spectrum+of+wind-generated+waves+I.">On the growth of the spectrum of wind-generated waves I.</a> Rep. Res. Inst. Appl. 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J., Donelan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency-wavenumber+spectrum+of+wind-generated+gravity-capillary+waves.">Frequency-wavenumber spectrum of wind-generated gravity-capillary waves.</a> J. Geoph. Res. 102, 1061-1072 (1997).</li><li>Caulliez, G., Gu&#233;rin, C. -. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Higher-order+statistical+analysis+of+short+wind+wave+fields.">Higher-order statistical analysis of short wind wave fields.</a> J. Geophys. Res. 117, C06002 (2012).</li><li>Mitsuyasu, H., Rikiishi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+growth+of+duration-limited+wind+waves.">The growth of duration-limited wind waves.</a> J. Fluid Mech. 85, 705-730 (1978).</li><li>Kawai, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+initial+wavelets+by+instability+of+a+coupled+shear+flow+and+their+evolution+to+wind+waves.">Generation of initial wavelets by instability of a coupled shear flow and their evolution to wind waves.</a> J. Fluid Mech. 93 (4), 661-703 (1979).</li><li>Waseda, T., Toba, Y., Tulin, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adjustment+of+wind+waves+to+sudden+changes+of+wind+speed.">Adjustment of wind waves to sudden changes of wind speed.</a> J. Oceanography. 57, 519-533 (2001).</li><li>Uz, B. M., Hara, T., Bock, E. J., Donelan, 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=Laboratory+observations+of+gravity-capillary+waves+under+transient+wind+forcing.">Laboratory observations of gravity-capillary waves under transient wind forcing.</a> J. Geophys. Res.: Oceans. 108 (C2), (2003).</li><li>Hwang, P. A., Wang, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Field+measurements+of+duration-limited+growth+of+wind-generated+ocean+surface+waves+at+young+stage+of+development.">Field measurements of duration-limited growth of wind-generated ocean surface waves at young stage of development.</a> J. Phys. Oceanogr. 34 (10), 2316-2326 (2004).</li><li>Hwang, P. A., Garc&#237;a-Nava, H., Ocampo-Torres, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observations+of+wind+wave+development+in+mixed+seas+and+unsteady+wind+forcing.">Observations of wind wave development in mixed seas and unsteady wind forcing.</a> J. Phys. Oceanogr. 41, 2340-2359 (2011).</li><li>Liberzon, D., Shemer, 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+study+of+the+initial+stages+of+wind+waves'+spatial+evolution.">Experimental study of the initial stages of wind waves' spatial evolution.</a> J. Fluid Mech. 681, 462-498 (2011).</li><li>Miles, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+generation+of+surface+waves+by+shear+flows.+Part+2.">On generation of surface waves by shear flows. Part 2.</a> J. Fluid Mech. 6 (4), 568-582 (1959).</li><li>Plant, W. 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+relationship+between+wind+stress+and+wave+slope.">A relationship between wind stress and wave slope.</a> J. Geophys. Res. 87, 1961-1967 (1982).</li><li>Zavadsky, A., Shemer, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+turbulent+air+flow+over+evolving+water-waves+in+a+wind-wave+tank.">Characterization of turbulent air flow over evolving water-waves in a wind-wave tank.</a> J. Geophys. Res. 117, C00J19 (2012).</li><li>Zavadsky, A., Liberzon, D., Shemer, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Statistical+analysis+of+the+spatial+evolution+of+the+stationary+wind+wave+field.">Statistical analysis of the spatial evolution of the stationary wind wave field.</a> J. Phys. Oceanogr. 43, 65-79 (2013).</li><li>Zavadsky, A., Benetazzo, A., Shemer, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+two-dimensional+structure+of+short+gravity+waves+in+a+wind+wave+tank.">On the two-dimensional structure of short gravity waves in a wind wave tank.</a> Phys. Fluids. 29 (1), 016601 (2017).</li><li>Zavadsky, A., Shemer, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+statistical+parameters+of+the+evolving+wind+wave+field+using+Laser+Slope+Gauge.">Investigation of statistical parameters of the evolving wind wave field using Laser Slope Gauge.</a> Phys. Fluids. 29 (5), (2017).</li><li>Zavadsky, A., Shemer, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Water+waves+excited+by+near-impulsive+wind+forcing.">Water waves excited by near-impulsive wind forcing.</a> J. Fluid Mech. , (2017).</li></ol>

Os autores não têm nada a divulgar.

O presente protocolo experimental destina-se a caracterização quantitativa de um campo de onda sob vento instável forçando que evolui no tempo e no espaço. Desde que o vento-ondas são essencialmente aleatórios e tridimensional e assim variam rapidamente no tempo e no espaço, registros de realizações individuais de um campo de vento-onda crescente sob dependente do tempo vento forçando só podem fornecer estimativas qualitativas dos governantes parâmetros de onda. Para atingir o objetivo do presente protocolo e obter as características de onda estatisticamente confiável e busca-dependente do tempo, tempo-resolvido ensemble com média de numerosas pistas experimentais com um idêntico padrão de variação de vento no tempo deve ser aplicado. Desde que a acumulação dessas informações detalhadas e extensas para velocidades de vento de destino diferente e buscas é extremamente demorada, o procedimento experimental tem que ser automatizado e suficientemente flexível para permitir ajustes necessários para diferentes forçando as condições de vento. O melhor de nosso conhecimento, o procedimento experimental descrito neste manuscrito que é capaz de fornecer parâmetros de campo diversas estatísticas de onda sob vento variável forçando com resolução temporal e espacial foi largamente disponível até agora.
Note que a duração dos experimentos necessários para efectuar medições de vento-onda em uma onda de laboratório tanque aumenta significativamente com o tamanho da instalação. Isto é parcialmente porque a duração da fase de crescimento de onda aumenta com busca (ver Figura 6). Os comprimentos de onda e períodos também crescem com busca17,21,23,24, assim para acumulados dados estatisticamente representativos, a duração do experimento em cada corrida tem que ser longo em comparação com o período correspondente de onda dominante. Realizações individuais em buscas significativamente mais do que aqueles utilizados no presente estudo, portanto, têm de ser mais longas. Ainda mais importante, os comprimentos de onda mais longos animado pelo vento em qualquer instalação experimental são da ordem do comprimento característico do tanque. As ondas residuais remanescente no tanque após o desligamento do vento em uma facilidade maior, portanto, exigem tempos mais longos de sua decadência. O intervalo entre as execuções consecutivas em um tanque maior do vento-onda necessário para retornar para a superfície da água não perturbadas, portanto, deve ser considerável mais do que o intervalo de seis minutos, empregado em nossos experimentos.
A abordagem geral descrita acima pode ser aplicada para uma variedade de vento constante e instável, forçando as condições. Neste manuscrito, a variação temporal de vento forçar foi selecionada com o objetivo de permitir a acumulação de um conjunto suficiente de dados para o estudo de campo de onda instável sob vento efetivamente impulsivo forçando e desligamento, bem como sob o vento constante forçando. Para este efeito, o cuidado foi tomado para garantir que a superfície da água era calmo e imperturbável antes do início de cada execução experimental. Em cada iteração, o vento quase impulsivamente foi iniciado pelo ventilador e, em seguida, a taxa de fluxo de ar manteve-se constante por um tempo suficientemente longo (2 min nas experiências presentes), após o qual o ventilador foi fechado. Esta abordagem permite estudar separadamente temporalmente em evolução campos de vento-onda crescente a partir da superfície da água inicialmente calmo ao estado quase constante em determinada velocidade busca e vento e, em seguida, a característica das ondas sob vento constante forçando e finalmente o decadência das ondas, uma vez que o vento forçando é abruptamente interrompido.
A duração de cada realização individual no presente estudo que contém a período de calma, portanto, exceder 8 min. Portanto, experiências em que dados são acumuladas para 100 independente é executado em uma única busca e velocidade do vento alvo durar cerca de 15 horas (incluindo a duração do procedimento de calibração de calibre de onda). É óbvio que para tal um esforço ser bem sucedido, é imperativo que todo o procedimento experimental pode ser realizado automaticamente, ou seja, completamente sem intervenção humana.
Assim, convém salientar que tanto o tamanho modesto de nossas instalações e os procedimentos de medição e calibração totalmente automatizados foram cruciais para a implementação da abordagem experimental adotada. Enquanto os resultados detalhados sobre a evolução do campo de vento-onda sob forçando instável serão apresentados no futuro em outro lugar, é evidente da Figura 6, Figura 7e Figura 8 essa informação anteriormente indisponível por multa detalhes de a evolução do vento-onda é acumulada no presente estudo. Esta informação será usada para validar a diferentes modelos teóricos que tratam da excitação de ondas pelo vento,1,2,3,4,5,24.

Desde os tempos antigos, foi bem conhecido que as ondas em superfícies de água estão animadas pelo vento. O atual entendimento dos mecanismos físicos que governam este processo está longe de ser satisfatória. Inúmeras teorias para tentar descrever a geração da onda de vento foram propostas sobre os anos1,2,3,4, no entanto, sua validação experimental confiável ainda não está disponível. Medições de vento-ondas aleatórias no oceano são extremamente desafiadoras devido ao vento imprevisível que pode variar rapidamente em direção, bem como na magnitude. Experiências laboratoriais têm a vantagem de condições controláveis que permitem medições prolongadas e repetíveis.
Sob o vento constante forçando no ambiente de laboratório, vento-ondas evoluem no espaço. Primeiras experiências de laboratório em ondas sob constante forçando realizada há décadas foram limitadas a elevação instantânea da superfície medições5,6,7,8. Estudos mais recentes também empregou várias técnicas ópticas para medir o ângulo de inclinação de superfície de água instantâneos, tais como LSG9,10. Essas medições podem recebendo algum limitado de informações qualitativas sobre a estrutura tridimensional dos campos de vento-onda. Quando vento forçar é instável, como em experimentos de campo, complexidade adicional é introduzida para o problema da excitação de água waves pelo vento, uma vez que os parâmetros estatísticos do campo de onda resultante variam não apenas no espaço, mas no tempo também. As tentativas feitas até agora para descrever padrões de onda evolução qualitativa e quantitativamente sob dependente do tempo forçando foram apenas parcialmente bem sucedida11,12,13,14 , 15 , 16. crescimento das ondas devido a ação do vento e a contribuição relativa de diferentes mecanismos físicos plausíveis que podem levar à excitação permanece desconhecidas.
Nossa instalação experimental foi projetada com o objetivo de permitir a acumulação de precisas e diversas informações estatísticas sobre a variação das características do campo de vento-onda sob qualquer vento estável ou instável forçando. Dois fatores principais facilitaram a realização desses estudos detalhados. Primeiro, o tamanho modesto dos resultados facilidade na evolução característica relativamente curta escalas no tempo e no espaço. Em segundo lugar, todo o experimento é totalmente controlado por um computador, permitindo assim o desempenho de corridas experimentais sob diferentes condições experimentais automaticamente e praticamente sem intervenção humana. Estas características a montagem experimental são de importância crucial na realização de experiências sobre ondas animadas de resto pelo vento impulsivo.
Crescimento espacial de vento-ondas sob constante forçando tem sido estudado em nossas instalações para uma gama de velocidades de vento17. Os resultados foram comparados com as estimativas de taxa de crescimento baseadas na teoria18 Miles, tal como apresentado pela planta19. A comparação revelou que os resultados experimentais diferem notavelmente as previsões teóricas. Parâmetros adicionais importantes também foram obtidos em17, tais como a gota de pressão média na seção de teste, bem como os valores absolutos e fases das flutuações da pressão de estática característica. A tensão de cisalhamento na interface ar-água é essencial para a caracterização da transferência de momentum e energia entre o vento e as ondas de17,19. Portanto, medidas da camada limite logarítmica e as flutuações turbulentas no fluxo de ar acima da água, ondas foram realizadas em inúmeras buscas e vento velocidades20detalhadas. Os valores da fricção velocidade u* na interface ar-água determinada neste estudo foram usados para obter parâmetros estatísticos adimensionais dos vento-ondas medidos em nossa facilidade21. Estes valores foram comparados com os parâmetros adimensionais correspondentes obtidos em grandes instalações experimentais e experimentos de campo. Foi demonstrado anteriormente21 que com a escala correta, as características importantes do campo de vento-onda obtidas em nossas instalações em pequena escala não diferem significativamente os dados correspondentes acumulada no maior laboratório instalações e medições de mar aberto. Esses parâmetros incluem crescimento espacial do representante da altura e comprimento de onda, a forma do espectro de frequências da elevação da superfície, bem como os valores mais elevados momentos estatísticos.
Os estudos subsequentes realizados em nossas instalações de22,23 mostraram que as ondas de vento são essencialmente aleatórios e tridimensional. Para obter uma visão melhor da estrutura 3D de ondas do vento, foi feita uma tentativa para realizar medições de tempo-dependente quantitativas de elevação da superfície água sobre uma área estendida usando imagem vídeo estéreo22. Devido ao poder de computador insuficiente disponível no presentes e processamento de algoritmos que ainda não são suficientemente eficazes, estas tentativas provaram para ser apenas parcialmente bem sucedida. No entanto, foi demonstrado que o uso combinado de um medidor de onda de capacitância-tipo convencional e a LSG fornece informações valiosas sobre a estrutura espacial das ondas de vento. Aplicação simultânea de ambos os instrumentos permite medições independentes com alta resolução temporal da elevação instantânea da superfície e dos dois componentes da inclinação de superfície instantânea23. Estas medidas permitem a estimativa da tanto a frequência dominante e comprimento de onda dominante de ondas, bem como fornecer insights sobre a estrutura de onda na direção normal ao vento. Um tubo de pitot, que pode ser movido verticalmente por um motor controlado por computador, complementa o conjunto de sensores e é usado para a medição da velocidade do vento.
Todos esses estudos feito claro que aleatoriedade e tridimensionalidade do vento, ondas resultam em significativa variabilidade dos parâmetros medidos mesmo para constante vento forçando e em um único local de medição. Assim, uma prolongada medições com duração proporcional com o tempo característico escalas do campo de onda medido são necessários para acumular informações suficientes para extrair quantidades estatísticas fiáveis. Para obter insights valiosos físico sobre os mecanismos que regem a variação espacial do campo de onda, é imperativo para efectuar medições em vários locais e para tantos valores da taxa de fluxo de vento quanto possível na seção de teste. Para atingir este objetivo, assim, é altamente desejável para aplicar um procedimento experimental automatizado.
Experiências com ondas animadas pelo vento instável forçando introduzir um nível adicional de complexidade. Em tais estudos, é imperativo para relacionar os parâmetros medidos instantâneos para o nível instantâneo da velocidade do vento. Experiências com ondas considere animado de resto forçando um vento quase impulsivo como um exemplo importante. Neste caso, inúmeras medições independentes são necessários do campo de vento-onda evoluindo sob a ação do vento que varia no tempo, seguindo o mesmo padrão prescrito24. Parâmetros estatísticos significativos, expressados como uma função do tempo decorrido desde o início do fluxo de ar, então são calculados em média os dados extraídos do conjunto acumulado de realizações independentes. Esta empresa pode envolver dezenas e centenas de horas de amostragem contínua. A duração total de sessões experimentais necessários para realizar uma tarefa ambiciosa processa toda a abordagem inviável, a menos que a experiência é totalmente automatizada. Tais procedimentos não totalmente informatizado e experimental em instalações de vento-onda foi desenvolvido até recentemente. Que está entre as principais razões para a falta de dados estatísticos fiáveis sobre as ondas de vento sob forçando instável.
Desde que a instalação utilizada para o experimento não é construída a partir de disponível comercialmente, hardware de prateleira, uma breve descrição das principais partes é fornecida aqui.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig1.jpg"> Figura 1. Diagrama esquemático (não escala) vista da facilidade experimental. 1 - ventilador; 2 - influxo resolução câmara; 3 - saída resolução câmara; 4 - caixas de silenciador; 5 - seção teste; com um 6 - praia; 7 - trocador de calor; 8 - favo de mel; 9 - bocal; 10 - wavemaker; 11 - aba; 12 - transporte de instrumento; 13 - calibre onda, impulsionado por um motor de passo; 14 - tubo de Pitot, impulsionado por um motor de passo. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56480/56480fig1large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
A instalação experimental consiste em um túnel de vento de circuito fechado montado sobre um tanque de onda (uma visão esquemática é mostrada na Figura 1). A seção de teste é 5 m tempo, 0,4 m de largura e 0,5 m profundo. As paredes laterais e o assoalho são feitas de placas de vidro de espessura de 6 mm e são colocados dentro de um quadro de perfis de alumínio. Uma aleta longa 40 cm fornece uma expansão suave da secção transversal do fluxo de ar do bico até a superfície da água. Praia de material poroso embalagem de absorção de energia de onda situa-se na extremidade do tanque. Um ventilador controlado por computador permite atingir a velocidade de fluxo de ar médio na seção de teste até 15 m/s.
A bitola de 100 mm de comprimento de onda sob medida de capacitância-tipo é feita de tântalo anodizado. fio de 0,3 mm é montado em uma fase vertical impulsionada por um motor de passo controlado por PC projetado para calibração do medidor de onda. Um tubo de Pitot com um diâmetro de 3 mm é usado para medir a pressão dinâmica na parte central do fluxo de ar da seção de teste.
O LSG, medindo a inclinação de superfície 2D de água instantâneos, está instalado em um quadro retirado da seção de teste que pode ser posicionada em qualquer local ao longo do tanque (Figura 2). LSG consiste de quatro partes principais: um díodo laser, uma lente de Fresnel, uma tela difusiva e uma montagem do Detector de sensoriamento de posição (PSD). O diodo do laser gera uma 650 nm (vermelho), 200 mW focusable raio laser com diâmetro de cerca de 0,5 mm. A 26,4 cm de diâmetro da lente de Fresnel com distância focal de 22,86 cm direciona o feixe de laser de entrada para a tela difusiva de 25 x 25 cm2 situado no plano focal volta da lente.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig2.jpg"> Figura 2. Visão esquemática do calibre de inclinação a Laser (LSG). 1 - laser diodo; 2 - lente de Fresnel; 3 - tela difusiva; 4 - posição Sensor Detector (PSD). <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56480/56480fig2large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
Este protocolo descreve o procedimento que permite fazer experiências em que diversos parâmetros que caracterizam as ondas instáveis são medidos simultaneamente sob dependente do tempo vento forçando. O procedimento pode ser ajustado para qualquer dependência desejada da velocidade do vento na hora que pode ser alcançada, tendo em conta as limitações técnicas da instalação experimental. O presente protocolo descreve especificamente os experimentos em que em cada realização, vento começa quase impulsivamente inicialmente calmas águas. O vento constante, forçando então dura por tempo suficiente para que o campo de vento-onda em toda a seção de teste alcança quase constante estado. O vento está fechado eventualmente para baixo, novamente, quase impulsivamente. Em todas as fases, registam-se vários parâmetros de onda. O procedimento que permite o cálculo dos numerosos quantidades estatisticamente representativas ensemble-média, caracterizando o campo local instantânea do vento-onda é romance e foi desenvolvido no decorrer de experiências recentes realizadas em nossas instalações 22 , 23 , 24.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>PSD</td>
			<td>THORLABS</td>
			<td>PDP90A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser Diode</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>any laser pointer &#8804; 200 mW</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aspheric Fresnel Lens</td>
			<td>EDMUND OPTICS</td>
			<td>#46-390</td>
			<td>Diameter 10.4&#39;&#39;, Focal length 9&#39;&#39;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wave-gauge</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pressure Transducer</td>
			<td>MAMAC SYSTEMS</td>
			<td>PR-274-R2-VDC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Signal Conditioner</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diffusive screen</td>
			<td>EDMUND OPTICS</td>
			<td>#02-147</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water tank</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>custome made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A/D card PCI-6221</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>779066-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pitot tube</td>
			<td>KIMO Instruments</td>
			<td>12971</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15&#176; Nom. VIS-NIR Coated, Wedge Prism</td>
			<td>EDMUND OPTICS</td>
			<td>#47-624</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10&#176; Nom. VIS 0&#176; Coated, Wedge Prism</td>
			<td>EDMUND OPTICS</td>
			<td>#49-444</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2.5&#176; Nom. Fused Silica Wedge Prism Uncoated</td>
			<td>EDMUND OPTICS</td>
			<td>#84-863</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4&#176; Nom. Uncoated, Wedge Prism</td>
			<td>EDMUND OPTICS</td>
			<td>#43-650</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5.0&#176; Nom. Fused Silica Wedge Prism Uncoated</td>
			<td>EDMUND OPTICS</td>
			<td>#84-865</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LabView Full Development System</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>776670-35</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measurements of waves in a wind-wave tank under steady and time-varying wind forcing

Este manuscrito descreve um procedimento experimental que permite a obtenção de diversas informações quantitativas sobre a evolução temporal e espacial das ondas de água animadas pelo tempo-dependente e constante vento forçando. Medidor de onda de capacitância-tipo e calibre de inclinação de Laser (LSG) são usados para medir a elevação da superfície água instantâneos e dois componentes da superfície inclinação instantânea em vários locais ao longo da secção de teste de uma instalação de vento-onda. O ventilador controlado por computador fornece o fluxo de ar sobre a água no tanque cuja taxa pode variar no tempo. Nas experiências presentes, a velocidade do vento na seção teste inicialmente aumenta rapidamente de resto ao valor ajustado. Então é mantida constante durante o período prescrito; Finalmente, o fluxo de ar é desligado. No início de cada execução experimental, a superfície da água é calma e sem vento. Operação do ventilador é iniciada simultaneamente com a aquisição dos dados fornecidos pelos sensores de todos por um computador; aquisição de dados continua até que as ondas no tanque totalmente decaem. Várias execuções independentes realizadas sob condições idênticas de forçar permitem determinar estatisticamente confiáveis parâmetros característicos ensemble-média que descrevem quantitativamente a variação do vento-waves em tempo para a fase inicial de desenvolvimento como um função de busca. O procedimento também permite caracterizar a evolução espacial do campo de onda sob vento constante forçando, bem como a deterioração das ondas no tempo, uma vez que o vento está desligado, como uma função de busca.

Os resultados representativos ensemble-em média, são plotados na Figura 6, Figura 7e Figura 8. A variação dos valores RMS da elevação da superfície instantânea <η2>1/2 que caracteriza a amplitude das ondas vento aleatório como apresentado na Figura 6 , em função do tempo decorrido desde a iniciação do soprador. Os resultados são apresentados para 3 distâncias desde o wavemaker, xe para velocidades de vento de três alvo, U.
Para buscar fixo x, as amplitudes de onda característico de quase constante estado de equilíbrio aumentam com a velocidade do vento, U; no entanto, a duração necessária para atingir o valor quase constante de <η2>1/2 após a iniciação do ventilador não parece depender fortemente U em qualquer determinado x. Os valores de equilíbrio das amplitudes de onda característicos para um valor-alvo constante do vento forçando U aumentam com busca. Observe também que a variação da taxa de mudança de <η2>1/2 é identificável em cada curva plotada na Figura 6, sugerindo claramente que estágios distintos existem no crescimento vento-ondas processo. O ensemble-a média de valores RMS do vento e componentes de inclinação de vento lateral, <ηx2>1/2 e <ηy2>1/ 2, são plotados na Figura 7 para duas buscas e dois valores da velocidade do vento U.
É evidente a partir da comparação da Figura 6 e Figura 7 que o tempo característico escalas de variação de ambos os componentes de superfície de inclinação são notavelmente mais curtas do que as escalas correspondentes da variação da elevação da superfície. Os valores quase constantes de <ηx2>1/2 e <ηy2>1/2 são da mesma ordem de magnitude, embora a característica pistas na direção do vento são menores do que as pistas em direção ao longo-vento. Estes resultados indicam que o vento-ondas são Maria-cavaleira e tridimensional. Os valores de inclinação característicos em ambas as direções sob vento quase constante forçando parecem ser essencialmente independente de busca x, mas aumentam com a velocidade do vento U. Um olhar mais atento a variação temporal dos componentes dois inclinação para fixo x e U revela que o aumento inicial <ηx2>1/2 é consistentemente e notavelmente mais rápido do que o de <ηy2>1/2. Assim, durante a fase inicial do crescimento das ondas iniciais que aparecem na superfície de águas calmas, com a ativação do vento, eles podem ser vistos como aproximadamente bidimensional. Este estágio dura apenas uma fração de um segundo; no entanto, é importante ressaltar que a tridimensionalidade essencial do campo de onda desenvolve-se com um certo atraso.
O comportamento do campo de onda após o desligamento do ventilador é mostrado na Figura 8. As ondas restante do reservatório deteriorado rapidamente, efetivamente desaparecer após cerca de 1 min.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig6.jpg"> Figura 6. Variação temporal do RMS da elevação superfície. A figura demonstra que as escalas de tempo de variação da altura de onda característico representado por <η2>1/2 dependem da velocidade do vento alvo U e a busca, x. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56480/56480fig6large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig7.jpg"> Figura 7. Variação com o tempo do RMS dos componentes do vento/Cruz-vento superfície inclinação. o ensemble-a média de valores RMS do vento e componentes de inclinação de vento lateral, <ηx2>1/2 e <ηy2>1/2, são plotadas aqui. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56480/56480fig7large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig8.jpg"> Figura 8. Decadência da vento-onda arquivado após o desligamento do ventilador. O ensemble-a média de valores RMS do vento e os componentes de inclinação de vento lateral, <ηx2>1/2 e <ηy2>1/2, são plotados na Figura 7 para duas buscas e dois valores da velocidade do vento U. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56480/56480fig8large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
Complementar Figura 1: software Custom-Built-interface do usuário para aquisição de dados. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56480/Print_screen_Labview_transient_case.jpg">Clique aqui para baixar este arquivo.</a>

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Measurements of Waves in a Wind-wave Tank Under Steady and Time-varying Wind Forcing

Este manuscrito descreve um procedimento totalmente controlada por computador que permite a obtenção de parâmetros estatísticos fiáveis de experimentos de ondas de água animados forçando vento constante e instável em uma instalação em pequena escala.

Medições das ondas num tanque de ondas vento sob vento constante e variáveis no tempo forçando

This manuscript describes an experimental procedure that allows obtaining diverse quantitative information on temporal and spatial evolution of water ...

measurements-waves-wind-wave-tank-under-steady-time-varying-wind

Nanyang Technological University

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Waves

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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.

Medição de materiais Microstructure Sob fluxo Usando 1-2 Plane Fluxo-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 ...

Engenharia

Preparation and Friction Force Microscopy Measurements of Immiscible, Opposing Polymer Brushes

Solvated polymer brushes are well known to lubricate high-pressure contacts, because they can sustain a positive normal load while maintaining low friction at the interface. Nevertheless, these systems can be sensitive to wear due to interdigitation of the opposing brushes. In a recent publication, we have shown via molecular dynamics simulations and atomic force microscopy experiments, that using an immiscible polymer brush system terminating the substrate and the slider surfaces, respectively, can eliminate such interdigitation. As a consequence, wear in the contacts is reduced. Moreover, the friction force is two orders of magnitude lower compared to traditional miscible polymer brush systems. This newly proposed system therefore holds great potential for application in industry. Here, the methodology to construct an immiscible polymer brush system of two different brushes each solvated by their own preferred solvent is presented. The procedure how to graft poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) from a flat surface and poly(methyl methacrylate) (PMMA) from an atomic force microscopy (AFM) colloidal probe is described. PNIPAM is solvated in water and PMMA in acetophenone. Via friction force AFM measurements, it is shown that the friction for this system is indeed reduced by two orders of magnitude compared to the miscible system of PMMA on PMMA solvated in acetophenone.

The methodology to perform friction force microscopy experiments for contacting brushes is presented: Two polymer brushes that are grafted from (a) substrates and (b) colloidal probes are slid to show that, by using two contacting immiscible brush systems, friction in sliding contacts is reduced compared to miscible brush systems.

Preparação e Friction Microscopia de Força Medidas do Insolúvel, opondo-Polymer Brushes

Solvated polymer brushes are well known to lubricate high-pressure contacts, because they can sustain a positive normal load while maintaining low ...

Preparation and Evaluation of Hybrid Composites of Chemical Fuel and Multi-walled Carbon Nanotubes in the Study of Thermopower Waves

When a chemical fuel at a certain position in a hybrid composite of the fuel and a micro/nanostructured material is ignited, chemical combustion occurs along the interface between the fuel and core materials. Simultaneously, dynamic changes in thermal and chemical potentials across the micro/nanostructured materials result in concomitant electrical energy generation induced by charge transfer in the form of a high-output voltage pulse. We demonstrate the entire procedure of a thermopower wave experiment, from synthesis to evaluation. Thermal chemical vapor deposition and the wet impregnation process are respectively employed for the synthesis of a multi-walled carbon nanotube array and a hybrid composite of picric acid/sodium azide/multi-walled carbon nanotubes. The prepared hybrid composites are used to fabricate a thermopower wave generator with connecting electrodes. The combustion of the hybrid composite is initiated by laser heating or Joule-heating, and the corresponding combustion propagation, direct electrical energy generation, and real-time temperature changes are measured using a high-speed microscopy system, an oscilloscope, and an optical pyrometer, respectively. Furthermore, the crucial strategies to be adopted in the synthesis of hybrid composite and initiation of their combustion that enhance the overall thermopower wave energy transfer are proposed.

A protocol for conducting thermopower wave experiments is presented. The synthesis of hybrid composites of a chemical fuel and micro/nanostructured material, manufacturing of a thermopower wave generator, and methods for measuring the corresponding physical phenomena are described.

Preparação e Avaliação de compósitos híbridos de Chemical Combustíveis e de paredes múltiplas Nanotubos de Carbono no estudo das ondas termoelétricas

When a chemical fuel at a certain position in a hybrid composite of the fuel and a micro/nanostructured material is ignited, chemical combustion occurs ...

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

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can potentially contribute to the exposure of biota and humans. The diffusive gradients in thin films technique is introduced here for in-situ measurements of Pu bioavailability and speciation. A diffusion cell constructed for laboratory experiments with Pu and the newly developed protocol make it possible to simulate the environmental behavior of Pu in model solutions of various chemical compositions. Adjustment of the oxidation states to Pu(IV) and Pu(V) described in this protocol is essential in order to investigate the complex redox chemistry of plutonium in the environment. The calibration of this technique and the results obtained in the laboratory experiments enable to develop a specific DGT device for in-situ Pu measurements in freshwaters. Accelerator-based mass-spectrometry measurements of Pu accumulated by DGTs in a karst spring allowed determining the bioavailability of Pu in a mineral freshwater environment. Application of this protocol for Pu measurements using DGT devices has a large potential to improve our understanding of the speciation and the biological transfer of Pu in aquatic ecosystems.

The technique of diffusive gradients in thin films (DGT) is proposed for speciation studies of plutonium. This protocol describes diffusion experiments probing the behavior of Pu(IV) and Pu(V) in presence of organic matter. DGTs deployed in a karstic spring allow assessment of the bioavailability of Pu.

Especiação e biodisponibilidade Medidas de plutônio ambiental utilizando Difusão em Filmes Finos

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

Experimental Protocol to Investigate Particle Aerosolization of a Product Under Abrasion and Under Environmental Weathering

The present article presents an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental weathering, which is a fundamental element to the approach of nanosafety-by-design of nanostructured products for their durable development. This approach is basically a preemptive one in which the focus is put on minimizing the emission of engineered nanomaterials' aerosols during the usage phase of the product's life cycle. This can be attained by altering its material properties during its design phase without compromising with any of its added benefits. In this article, an experimental protocol is presented to investigate the nanosafety-by-design of three commercial nanostructured products with respect to their mechanical solicitation and environmental weathering. The means chosen for applying the mechanical solicitation is an abrasion process and for the environmental weathering, it is an accelerated UV exposure in the presence of humidity and heat. The eventual emission of engineered nanomaterials is studied in terms of their number concentration, size distribution, morphology and chemical composition. The purpose of the protocol is to study the emission for test samples and experimental conditions which are corresponding to real life situations. It was found that the application of the mechanical stresses alone emits the engineered nanomaterials' aerosols in which the engineered nanomaterial is always embedded inside the product matrix, thus, a representative product element. In such a case, the emitted aerosols comprise of both nanoparticles as well as microparticles. But if the mechanical stresses are coupled with the environmental weathering, the experimental protocol reveals then the eventual deterioration of the product, after a certain weathering duration, may lead to the emission of the free engineered nanomaterial aerosols too.

In this article, an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental weathering is presented. Results on the emission of engineered nanomaterials, in the form of aerosols are presented. The specific experimental set-up is described in detail.

Protocolo Experimental para investigar Particle aerossolização de um produto Segundo abrasão e Sub Weathering Ambiental

The present article presents an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental ...

Automation of Mode Locking in a Nonlinear Polarization Rotation Fiber Laser through Output Polarization Measurements

When a laser is mode-locked, it emits a train of ultra-short pulses at a repetition rate determined by the laser cavity length. This article outlines a new and inexpensive procedure to force mode locking in a pre-adjusted nonlinear polarization rotation fiber laser. This procedure is based on the detection of a sudden change in the output polarization state when mode locking occurs. This change is used to command the alignment of the intra-cavity polarization controller in order to find mode-locking conditions. More specifically, the value of the first Stokes parameter varies when the angle of the polarization controller is swept and, moreover, it undergoes an abrupt variation when the laser enters the mode-locked state. Monitoring this abrupt variation provides a practical easy-to-detect signal that can be used to command the alignment of the polarization controller and drive the laser towards mode locking. This monitoring is achieved by feeding a small portion of the signal to a polarization analyzer measuring the first Stokes parameter. A sudden change in the read out of this parameter from the analyzer will occur when the laser enters the mode-locked state. At this moment, the required angle of the polarization controller is kept fixed. The alignment is completed. This procedure provides an alternate way to existing automating procedures that use equipment such as an optical spectrum analyzer, an RF spectrum analyzer, a photodiode connected to an electronic pulse-counter or a nonlinear detecting scheme based on two-photon absorption or second harmonic generation. It is suitable for lasers mode locked by nonlinear polarization rotation. It is relatively easy to implement, it requires inexpensive means, especially at a wavelength of 1550 nm, and it lowers the production and operation costs incurred in comparison to the above-mentioned techniques.

A protocol to detect and automate mode locking in a pre-adjusted nonlinear polarization rotation fiber laser is presented. The detection of a sudden change in the output polarization state when mode locking occurs is used to command the alignment of an intra-cavity polarization controller in order to find mode-locking conditions.

Automação de Modo de bloqueio em uma rotação do laser da fibra não-linear de polarização através de medidas de polarização de saída

When a laser is mode-locked, it emits a train of ultra-short pulses at a repetition rate determined by the laser cavity length. This article outlines a ...

Fabrication and Operation of Acoustofluidic Devices Supporting Bulk Acoustic Standing Waves for Sheathless Focusing of Particles

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must be smaller than the incident wavelength of sound and the width of the fluidic channels are typically tens to hundreds of micrometers across, acoustofluidic devices typically use ultrasonic waves generated from a piezoelectric transducer pulsating at high frequencies (in the megahertz range). At characteristic frequencies that depend on the geometry of the device, it is possible to induce the formation of standing waves that can focus particles along desired fluidic streamlines within a bulk flow. Here, we describe a method for the fabrication of acoustophoretic devices from common materials and clean room equipment. We show representative results for the focusing of particles with positive or negative acoustic contrast factors, which move towards the pressure nodes or antinodes of the standing waves, respectively. These devices offer enormous practical utility for precisely positioning large numbers of microscopic entities (e.g., cells) in stationary or flowing fluids for applications ranging from cytometry to assembly.

Acoustofluidic devices use ultrasonic waves within microfluidic channels to manipulate, concentrate and isolate suspended micro and nanoscopic entities. This protocol describes the fabrication and operation of such a device supporting bulk acoustic standing waves to focus particles in a central streamline without the aid of sheath fluids.

Fabricação e operação de Acoustofluidic dispositivos que suportam a granel ondas acústicas pe para Sheathless Focando de Partículas

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must ...

Experimental Methodology for Estimation of Local Heat Fluxes and Burning Rates in Steady Laminar Boundary Layer Diffusion Flames

Modeling the realistic burning behavior of condensed-phase fuels has remained out of reach, in part because of an inability to resolve the complex interactions occurring at the interface between gas-phase flames and condensed-phase fuels. The current research provides a technique to explore the dynamic relationship between a combustible condensed fuel surface and gas-phase flames in laminar boundary layers. Experiments have previously been conducted in both forced and free convective environments over both solid and liquid fuels. A unique methodology, based on the Reynolds Analogy, was used to estimate local mass burning rates and flame heat fluxes for these laminar boundary layer diffusion flames utilizing local temperature gradients at the fuel surface. Local mass burning rates and convective and radiative heat feedback from the flames were measured in both the pyrolysis and plume regions by using temperature gradients mapped near the wall by a two-axis traverse system. These experiments are time-consuming and can be challenging to design as the condensed fuel surface burns steadily for only a limited period of time following ignition. The temperature profiles near the fuel surface need to be mapped during steady burning of a condensed fuel surface at a very high spatial resolution in order to capture reasonable estimates of local temperature gradients. Careful corrections for radiative heat losses from the thermocouples are also essential for accurate measurements. For these reasons, the whole experimental setup needs to be automated with a computer-controlled traverse mechanism, eliminating most errors due to positioning of a micro-thermocouple. An outline of steps to reproducibly capture near-wall temperature gradients and use them to assess local burning rates and heat fluxes is provided.

We describe the use of micro-thermocouples to estimate local temperature gradients in steady laminar boundary layer diffusion flames. By extension of the Reynolds Analogy, local temperature gradients can be further used to estimate the local mass burning rates and heat fluxes in such flames with high accuracy.

Metodologia experimental para Estimativa do local fluxos de calor e queima Tarifas em estacionário limite laminar Chamas camada de difusão

Modeling the realistic burning behavior of condensed-phase fuels has remained out of reach, in part because of an inability to resolve the complex ...

In Situ Visualization of the Phase Behavior of Oil Samples Under Refinery Process Conditions

To help address production issues in refineries caused by the fouling of process units and lines, we have developed a setup as well as a method to visualize the behavior of petroleum samples under process conditions. The experimental setup relies on a custom-built micro-reactor fitted with a sapphire window at the bottom, which is placed over the objective of an inverted microscope equipped with a cross-polarizer module. Using reflection microscopy enables the visualization of opaque samples, such as petroleum vacuum residues, or asphaltenes. The combination of the sapphire window from the micro-reactor with the cross-polarizer module of the microscope on the light path allows high-contrast imaging of isotropic and anisotropic media. While observations are carried out, the micro-reactor can be heated to the temperature range of cracking reactions (up to 450 &#176;C), can be subjected to H2 pressure relevant to hydroconversion reactions (up to 16 MPa), and can stir the sample by magnetic coupling. 
Observations are typically carried out by taking snapshots of the sample under cross-polarized light at regular time intervals. Image analyses may not only provide information on the temperature, pressure, and reactive conditions yielding phase separation, but may also give an estimate of the evolution of the chemical (absorption/reflection spectra) and physical (refractive index) properties of the sample before the onset of phase separation.

In Situ Visualization of the Phase Behavior of Oil Samples Under Refinery Process Conditions

This article describes a setup and method for the in situ visualization of oil samples under a variety of temperature and pressure conditions that aim to emulate refining and upgrading processes. It is primarily used for studying isotropic and anisotropic media involved in the fouling behavior of petroleum feeds.

In Situ Visualização do comportamento da fase de Amostras de óleo sob Refinaria Condições do Processo

To help address production issues in refineries caused by the fouling of process units and lines, we have developed a setup as well as a method to ...

Measurements of Soil Carbon by Neutron-Gamma Analysis in Static and Scanning Modes

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of gamma rays created when neutrons interact with soil elements. The main parts of the INS system are a pulsed neutron generator, NaI(Tl) gamma detectors, split electronics to separate gamma spectra due to INS and thermo-neutron capture (TNC) processes, and software for gamma spectra acquisition and data processing. This method has several advantages over other methods in that it is a non-destructive in situ method that measures the average carbon content in large soil volumes, is negligibly impacted by local sharp changes in soil carbon, and can be used in stationary or scanning modes. The result of the INS method is the carbon content from a site with a footprint of ~2.5 - 3 m2 in the stationary regime, or the average carbon content of the traversed area in the scanning regime. The measurement range of the current INS system is &#62;1.5 carbon weight % (standard deviation &#177; 0.3 w%) in the upper 10 cm soil layer for a 1 hmeasurement.

Here, we present the protocol for in situ measurement of soil carbon using the neutron-gamma technique for single point measurements (static mode) or field averages (scanning mode). We also describe system construction and elaborate data treatment procedures.

Medições de carbono no solo por nêutrons-Gamma análise estática e modos de digitalização

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of ...