Учёные одновременно картировали температуру и поток в конвективных микропотоках

Исследователи из Токийского столичного университета разработали метод измерения температуры и скорости жидкости в конвективном шлейфе с точностью до миллиметра.

Они объединили визуализацию поглощения в ближней инфракрасной области и обработку изображений, чтобы создать карту скоростей и температур. Это открытие может помочь улучшить конструкцию микронагревательных и охлаждающих устройств.

Точные карты потоков тепла и вещества в микромасштабе важны для проектирования микронагревательных и охлаждающих устройств. Пример — микропроцессоры с жидкостным охлаждением, где поток влияет на эффективность отвода тепла от чипов.

Со временем появился широкий спектр методов картирования потока и температуры. Например, видеослежение за крошечными частицами «трассера» позволяет получить точную карту потока. Однако учёные ищут лучший способ реализовать картирование сразу нескольких величин, особенно в трёх измерениях.

Исследователи из Токийского столичного университета под руководством профессора Наото Какуты изучают, как использовать изображения в ближней инфракрасной области для создания карт температуры в жидких телах.

Вода по-разному поглощает свет в ближней инфракрасной (БИК) области в зависимости от температуры. Если с помощью нескольких БИК-камер определить, сколько света поглощается в разных частях образца, можно создать точную 3D-карту температуры.

В предыдущей работе этот метод использовали, чтобы визуализировать крошечные конвективные шлейфы — вертикальные циркулирующие потоки, которые возникают при нагреве микроскопической части объёма жидкости.

Если бы можно было отобразить температуру на карте, то это решило бы проблему. Но профиль течения в то же время невозможно было бы увидеть. Это существенный недостаток, поскольку конвективные потоки характеризуются сложной связью между переносом тепла и течением.

Чтобы решить эту проблему, команда добавила трассирующие частицы и применила существующие методы. Однако для этого потребовалась бы дополнительная подсветка мощными светодиодами или лазерами.

Команда заметила, что трассирующие частицы отбрасывают тень на фоне БИК-подсветки, используемой для создания карты температур. Предварительная работа помогла создать двухмерные карты, просто наблюдая за движением теней. Теперь они смогли создать полностью трёхмерные карты с помощью той же системы из двух камер. Манипулируя изображениями, они смогли отделить тени от профиля поглощения, используя те же данные для получения трёхмерной карты потока и температуры.

С помощью микроскопических шлейфов команда успешно измерила температуру вокруг источника тепла и определила профиль потока. Полученные данные соответствуют результатам численного моделирования.

Новый метод поможет изучить конвективные шлейфы в микромасштабе и понять, как они влияют на работу устройств.

Результаты опубликованы в издании Journal of Visualization.

20.07.2024


Подписаться в Telegram



Хайтек

AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику

Электроны вращаются без электрического за...

Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ

Новый программный комплекс представили ученые ...

В НГУ разработали первые фильтры для технологии связи 6G
В НГУ разработали первые фильтры для технологии связи 6G

Уникальные фильтры для импульсной терагер...

Ученые КФУ выяснили, как дефекты в полупроводниках влияют на свет
Ученые КФУ выяснили, как дефекты в полупроводниках влияют на свет

Физическая модель, которая описывает взаимодей...

Новый метод синтеза лекарств открыли российские химики
Новый метод синтеза лекарств открыли российские химики

Новый метод синтеза производных пирролизидина ...

Advanced Materials: Созданы волокна в одежду для питания смартфона от тепла тела
Advanced Materials: Созданы волокна в одежду для питания смартфона от тепла тела

Термоэлектрический материал, который можно исп...

В Томском университете создали интегральные схемы для российских РЛС
В Томском университете создали интегральные схемы для российских РЛС

Первый российский комплект интегральных схем д...

Physical Review C: Синтезирован новый изотоп плутония
Physical Review C: Синтезирован новый изотоп плутония

Физики из Китая выяснили, что период...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Российские ученые предложили использовать вирус растений для лечения саркомы
Российские ученые предложили использовать вирус растений для лечения саркомы
Menopause: Ученые заподозрили роль эстрогена в развитии астмы
Menopause: Ученые заподозрили роль эстрогена в развитии астмы
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику
FCoSc: Гигантские крысы поборются с незаконной торговлей дикими животными
FCoSc: Гигантские крысы поборются с незаконной торговлей дикими животными
В России разработали искусственные кости и новые методы лечения позвоночника
В России разработали искусственные кости и новые методы лечения позвоночника
TE&E: Животные потребляют алкоголь чаще, чем мы думаем
TE&E: Животные потребляют алкоголь чаще, чем мы думаем
Волнообразные упражнения со штангой: польза или вред
Волнообразные упражнения со штангой: польза или вред
JA&FC: Сорго обогащает рацион питания биоактивными соединениями
JA&FC: Сорго обогащает рацион питания биоактивными соединениями
Nature Communications: Жизнь все-таки можно повернуть назад
Nature Communications: Жизнь все-таки можно повернуть назад
МАИ: Дроны-дефектоскописты уступают человеку в точности, зато берут скоростью
МАИ: Дроны-дефектоскописты уступают человеку в точности, зато берут скоростью
EBioMedicine: Создан инструмент для выявления сепсиса у новорожденных
EBioMedicine: Создан инструмент для выявления сепсиса у новорожденных
Численное моделирование повысит эффективность 3D-печати из стали 316LSi
Численное моделирование повысит эффективность 3D-печати из стали 316LSi
Создан особо пластичный алюминиевый сплав для высокотехнологичных отраслей
Создан особо пластичный алюминиевый сплав для высокотехнологичных отраслей
Влияние цвета в архитектуре на самоконтроль человека: мнение эксперта МХПИ
Влияние цвета в архитектуре на самоконтроль человека: мнение эксперта МХПИ
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ

Новости компаний, релизы

Международные эксперты оценили разработанную для нижегородского завода технологию
Регистрация сми на IV конгресс молодых ученых продлевается до 6 ноября
Фестиваль научных театров «Наука всем!» прошёл в Санкт-Петербурге
На старт! Внимание! MITEX!
Пироговская олимпиада для школьников по химии и биологии