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物理学 > 流体动力学

arXiv:2501.03625 (physics)
[提交于 2025年1月7日 ]

标题: 基于时空相位移轮廓术的毛细管流动和物体的三维重建

标题: Three dimensional reconstructions of capillary flows and objects using Spatio-Temporal Phase Shifting Profilometry

Authors:Hélie de Miramon, Wladimir Sarlin, Axel Huerre, Pablo Cobelli, Thomas Séon, Christophe Josserand
摘要: 我们提出了一种新颖的实验技术,用于表征从Ri等人(《光学杂志》,2019年)为固体物体引入的时空相位移剖面测量(ST-PSP)方法中改编的毛细流动自由表面。本研究聚焦于倾斜表面上的各种毛细流动状态,包括液滴、细流、蜿蜒流和辫状薄膜。使用一个固体楔形物进行校准过程,以确定相位与高度关系所需的光学距离。探索了对于准确重建染色水流自由表面所需的最佳染料浓度。然后将ST-PSP方法应用于不同液体流动和物体的剖面测量,在所有实验中都实现了较大的信噪比。值得注意的是,对附着液滴的分析显示,ST-PSP结果与侧视可视化之间存在有希望的相关性,这通过其表观接触角的准确恢复得到了证实。此外,细流流动的自由表面重建与Duffy和Moffatt(《化学工程杂志》和《生物化学工程杂志》,1995年)的理论预测有良好的一致性。这些结果表明,ST-PSP方法在获得毛细流动和物体的精确高度图方面非常有效,使其成为未来验证理论模型的宝贵工具。
摘要: We present a novel experimental technique to characterize the free surface of capillary flows adapted from the Spatio-Temporal Phase Shifting Profilometry (ST-PSP) method introduced by Ri et al. (Journal of Optics, 2019) for solid bodies. The present study is focused on various regimes of capillary flows over inclined surfaces, including drops, rivulets, meanders, and braided films. A calibration process is carried out using a solid wedge to determine the optical distances required for the phase-to-height relationship. The optimal dye concentration necessary for accurately reconstructing the free surface of a dyed water flow is explored. The ST-PSP method is then applied to profile different liquid flows and objects, achieving large signal-to-noise ratios across all experiments. Notably, the analysis of a sessile droplet shows a promising correlation between the ST-PSP results and side-view visualizations, as evidenced by the accurate recovery of its apparent contact angle. Furthermore, free surface reconstructions of rivulet flows exhibit good agreement with the theoretical predictions of Duffy and Moffatt (The Chemical Engineering Journal and the Biochemical Engineering Journal, 1995). These results suggest that the ST-PSP method is highly effective for obtaining accurate height maps of capillary flows and objects, making it a valuable tool for validating theoretical models in the future.
评论: 20页,12幅图,1张表。已提交至《流体实验》
主题: 流体动力学 (physics.flu-dyn) ; 光学 (physics.optics)
引用方式: arXiv:2501.03625 [physics.flu-dyn]
  (或者 arXiv:2501.03625v1 [physics.flu-dyn] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.03625
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Wladimir Sarlin [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 1 月 7 日 08:51:39 UTC (31,770 KB)
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