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Study of Turbulent Drag Reduction Mechanisms in Dilute Polymer Solution by Using Micro Opto-imaging Technique

微光学成像技术研究聚合物稀溶液湍流减阻机理

基本信息

批准号：
15360093
负责人：
NISHINO Koichi
金额：
$ 5.63万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15360093/
关键词：
Flow Visualization Turbulence High Polymer Solution Drag Reduction Toms Effect Micro Visualization Dark-field Microscopy

项目摘要

Experimental studies have been carried out to clarify turbulent drag reduction mechanisms in dilute chain polymer solution by using a micro visualization technique. It is based on the dark-field microscopy. The system employs a commercially available microscope equipped with a dry objective (x40,NA0.75,WD0.51mm) or an oil immersion objective (x100,NA0.50-1.35,WD0.10mm). Illumination is given by a strobe or a pulsed laser (25mJ output energy) together with fiber light guide. An ICCD camera is used for image acquisition. The present imaging system has successfully been used for visualization of standard latex particles, 800-10nm in diameter ; suspended in a liquid layer formed between a slide glass and a cover glass.Dilute chain polymer solutions are prepared by adding polyethyleneoxide (PEO, Alcox E-160) to purified water at 50-500 ppm at weight. Shear stress is given to the solutions when they are sandwiched by glass plates that are pressed by an appropriate force. This has resulted in … More a successful visualization of individual chain polymer, about 20 μm in length, stretched in the liquid. The 50 ppm solution shows the existence of isolated individual polymer molecule while the 500 ppm solution shows the existence of tangled structures of chain polymers.A millimeter-size rectangular channel formed by two parallel glass plates is constructed to visualize PEO's behaviors in a turbulent flow of 10m/s driven by a static pressure difference. Illumination is given by a pulsed Nd:YAG laser in order to freeze PEO'S behaviors in a magnified view of the microscope. It is shown that the present method permits visualization of latex particles, 150nm in diameter, in the turbulent flow. However, the image quality obtained in the visualization of PEO's behaviors in the turbulent flow is not sufficiently high, suggesting further optimization of the present channel and the dark-field microscope for better micro visualization of molecular behaviors responsible for the turbulent drag reduction mechanisms. Less

通过使用微可视化技术进行了实验研究，以阐明稀链聚合物溶液中的湍流减阻机制。它基于暗视野显微镜。该系统采用配备干式物镜（x40，NA0.75，WD0.51mm）或油浸物镜（x100，NA0.50-1.35，WD0.10mm）的市售显微镜。照明由闪光灯或脉冲激光（25mJ 输出能量）和光纤光导提供。 ICCD 相机用于图像采集。目前的成像系统已成功用于直径800-10nm的标准乳胶颗粒的可视化；悬浮在载玻片和盖玻片之间形成的液体层中。通过将聚环氧乙烷（PEO，Alcox E-160）以重量计50-500 ppm添加到纯化水中来制备稀链聚合物溶液。当溶液夹在玻璃板之间并用适当的力加压时，就会对溶液产生剪切应力。这使得我们成功地可视化了长度约为 20 μm 的单个链聚合物，在液体中拉伸。 50 ppm 溶液显示了孤立的单个聚合物分子的存在，而 500 ppm 溶液显示了链状聚合物的缠结结构的存在。构建了由两块平行玻璃板形成的毫米大小的矩形通道，以可视化 PEO 在静压差驱动的 10 m/s 湍流中的行为。通过脉冲 Nd:YAG 激光进行照明，以便在显微镜的放大视图中冻结 PEO 的行为。结果表明，本方法允许在湍流中观察直径 150 nm 的乳胶颗粒。然而，在湍流中 PEO 行为的可视化中获得的图像质量不够高，这表明需要进一步优化现有通道和暗场显微镜，以更好地微观可视化负责湍流减阻机制的分子行为。较少的

项目成果

期刊论文数量（20）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Development of hemodynamics simulator for human vessels(in Japanese)

人体血管血流动力学模拟器的开发（日语）

DOI：
发表时间：
2003
期刊：
Report of Micro Visualization Research Project UTNL-R-0434
影响因子：
0
作者：
Haruo ISODA;Koichi NISHINO
通讯作者：
Koichi NISHINO

生体内血流動態の可視化計測シミュレータの開発

体内血流动力学可视化测量模拟器的开发

DOI：
发表时间：
2003
期刊：
可視化情報 Vol.23,Supple No.2
影响因子：
0
作者：
礒田治夫;西野耕一;他5名
通讯作者：
他5名

礒田治夫, 西野耕一: "生体内血流動態の可視化計測シミーレータの開発"マイクロフロービジュアリゼーション研究会報告書. UTNL-R-0434. 29-53 (2003)

Haruo Isota、Koichi Nishino：“体内血流动力学可视化和测量模拟器的开发”微流可视化研究组报告。 UTNL-R-0434 (2003)。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

An in vitro simulator for measuring and visualizing hemodynamics in human vessels(in Japanese)

用于测量和可视化人体血管血流动力学的体外模拟器（日语）

DOI：
发表时间：
2003
期刊：
Journal of the Visualization Society of Japan Vol.23, Suppl.No.2
影响因子：
0
作者：
Haruo ISODA;Koichi NISHINO;Takashi KOSUGI;Shinichiro TAKEDA;Shoichi INAGAWA;Satoshi ISOGAI;Harumi SAKAHARA
通讯作者：
Harumi SAKAHARA

Micro flow measurements(in Japanese)

微流量测量（日语）