자기 공명 영상을 사용하여 혼합 Quantifying

다음 실험의 전체적인 목표는 자기공명영상을 강력한 도구로 활용하여 혼합 및 공정 장비를 평가하는 것입니다. 이는 분할 및 재결합 정적 혼합기에서 두 액체 흐름을 결합함으로써 달성됩니다. 적절한 영상 프로토콜을 선택하여 MRI 영상을 얻습니다.

이 이미지들을 통해 믹서의 특성을 분석할 수 있습니다. 성능 결과는 퍼스널 케어 제품과 관련된 응용 분야에 대해 도출되었으나, 이 절차는 광범위한 식품, 화학 물질, 바이오매스 및 생물학적 유체에 적용 가능합니다. 비디오와 같은 다른 기술보다 자기공명영상을 사용하는 주요 장점은 불투명한 물질을 시각화할 수 있다는 점입니다.

또한, 이 정보는 정량적이며 성분 농도와 혼합도를 계산할 수 있습니다. 시각화 및 혼합 확인에 MRI를 사용하면, 공간적으로 측정된 농도 분포와 계산된 농도 분포를 상세히 비교함으로써 전산 유체 역학 시뮬레이션 및 제조 공정을 검증하는 데 도움이 될 수 있습니다.

SAR 믹서는 PVC 파이프 안에 배치된 여러 개의 서로 다른 플레이트로 구성됩니다. 레이저로 절단된 각 플레이트는 PMMA 재질이며 두께는 1.59 millimeters입니다. 각 플레이트에는 아크릴봉을 따라 정렬할 수 있는 직사각형 키가 있습니다.

PVC 파이프의 경우, 플라스틱은 투명하거나 불투명할 수 있습니다. 플레이트는 유체가 흐를 수 있는 개구부가 있는 다양한 디자인으로 되어 있습니다. 플레이트를 파이프 내에 반복적인 패턴으로 배치하여 유체가 섞이는 터널을 형성합니다.

파이프 플레이트 S를 통과하는 두 액체는 반복 모티프로 진입하는 두 액체 흐름을 형성하는 데 사용됩니다. 하나의 액체 흐름은 중앙에 위치하며, 나머지 액체 흐름은 그 위와 아래에 위치합니다. 이들의 상대적 유량비는 10:1입니다.

다음으로, 유체들은 8개의 C형 플레이트로 구성된 개방형 채널에서 만납니다. 그 후 유체들은 8개의 I형 플레이트에 의해 두 개의 수직 채널로 물리적으로 분리됩니다. 다음 섹션은 16개의 고유한 플레이트로 구성되어 있으며, 여기서 각 유체 흐름은 반시계 방향으로 90도 회전합니다. 이후 유체는 유체를 두 개의 수평 채널로 나누는 8개의 플레이트를 통해 흐르게 됩니다.

반복 모티프는 8개의 개방형 채널 플레이트로 마무리됩니다. 전체적으로 이 모티프는 PVC 파이프를 통해 6번 반복되었습니다. 인라인 분할 및 재결합 정적 믹서를 통해 카르보 폴(carbo pole) 용액을 펌핑할 유동 시스템을 조립하십시오. 먼저 믹서를 자석에 배치하는 것부터 시작하십시오.

자석은 최대 경사 강도가 0.3 Tesla per meter인 단일 Tesla 영구자석 기반 이미징 분광계의 일부이며, 테스트 유체의 질량 유량을 제어하고 기록할 수 있는 거의 정육면체 형태의 밀폐 용기를 갖추고 있습니다. 또한, 압력을 모니터링하기 위해 혼합기 상류에 압력 트랜스듀서를 설치하고, 원통형 부피의 경우 PVC 파이프에 밀착되는 4회 권선의 솔레노이드로 제작된 무선 주파수 코일을 포함합니다. 마지막으로, 두 가지 서로 다른 용액이 흡입구에 연결됩니다.

본 시연에서는 염화 망간 포함 여부에 따른 carbopol 용액을 사용합니다. 교반 탱크 내의 탈이온수에 정량의 폴리머를 천천히 체 쳐서 넣어 carbopol 용액을 준비하십시오. 50% 수산화나트륨 용액을 사용하여 carbopol 용액을 pH 7로 중화하십시오.

중화 과정을 통해 폴리머가 물에서 팽윤되어 용액이 최대 점도에 도달하게 됩니다. 겔을 형성하기 위해, MR 조영제인 염화 망간이 포함된 두 번째 도핑된 카보폴(carbo pole) 용액을 준비합니다. 유동 특성 또는 유변학적 특성을 분석하기 위해, 25 °C의 유체 온도에서 표준 코크렛(coquette) 기하 구조를 사용하여 전단 점도를 측정합니다.

LA 리듬 모드에서 0.1에서 500 pascal까지, decade당 10개 지점과 5% 허용 오차로 정상 상태 전단 응력 스윕을 수행합니다. 그 다음, LA 로그 모드에서 628에서 0.63 rad per second까지 decade당 10개 지점으로 주파수 스윕을 하며 변형률을 측정합니다. 이미징 파라미터를 선택할 때는 이미지의 전체 신호 대 잡음비뿐만 아니라, 도핑된 영역과 온 영역 사이의 대비 및 신호 강도를 고려해야 합니다.

본 사례에서는 그라디언트 에코 시퀀스를 선택했으며, 신호 강도가 농도에 선형적으로 의존하도록 농도를 설정했습니다. MR 시퀀스에는 흐름 보상이 포함되지 않았습니다.

따라서 움직임으로 인한 아티팩트를 방지하기 위해, 정지 상태의 액체에서 영상 촬영을 수행하며 촬영 시간은 1분에서 4분 정도입니다. 서로 다른 축 방향 위치의 부피를 촬영하려면 믹서를 재배치하십시오. 원하는 부피가 자석 중심의 NMR 코일에 위치할 때까지 믹서 튜브를 자석을 통해 축 방향으로 슬라이드하십시오.

그 다음 영상 촬영 과정을 반복합니다. 마지막으로, 이미지 분석 절차를 통해 MR 데이터를 분석하여 성분 농도의 공간적 분포를 기록합니다. 본 연구에서 두 용액의 실제 논리적 특성은 구별할 수 없었습니다.

용액의 점탄성 특성은 저장 탄성률이 손실 탄성률보다 크고, 손실 탄성률이 상당히 일정하게 유지되는 겔 시스템의 특성을 나타냈습니다. 주파수가 높아짐에 따라 저장 탄성률 대비 손실 탄성률의 기울기가 증가하였으며, 이에 따른 위상차 또한 동일한 경향을 보여 흐름 동안 관성력에 대한 점성력의 상대적 기여도를 평가하였습니다. 레이놀즈 수는 플레이트를 통과하는 평균 유량을 기준으로 계산되었습니다.

1.0보다 훨씬 작은 이 값들은 점성력이 관성력보다 우세했음을 나타냅니다. 따라서 혼합은 난류보다는 층류 신장과 전단에 의해 이루어졌습니다. MRI를 이용한 유동 가시화의 성능을 보여주기 위해, 서로 다른 축 방향 위치에서 촬영한 이미지를 아래의 결과로 선정하였습니다.

SAR 믹서는 첫 번째, 두 번째 및 세 번째 혼합 섹션 하류의 H 플레이트 이미지에서 보여지는 바와 같이 흐름을 효과적이고 균일하게 분할합니다. 도핑된 유체 스트라이프의 수는 각 혼합 섹션을 거칠 때마다 두 배로 증가했습니다. 이미지 값 임계값을 변경하면 모티프를 한 번 통과할 때마다 도핑된 유체의 스트라이프가 증가하는 것을 확인할 수 있습니다.

믹서의 90도 반시계 방향 회전을 통한 일련의 이미지들은 전체 터널의 혼합 과정에서 수직 흐름이 어떻게 수평 흐름으로 변하는지를 보여줍니다. 두 유체 흐름은 여러 번 배가됩니다. 이러한 측정값을 구하고자 할 때, 측정 시간은 분자 확산이 성분 농도 분포에 영향을 주는 시간보다 매우 짧아야 함을 기억하는 것이 중요합니다. 혼합에 대한 이러한 실험적 측정은 혼합의 전산 유체 역학 시뮬레이션에 사용되는 유체 레올로지 구성 모델의 영향과 분할 및 재결합 믹서의 영향을 테스트하는 데 특히 유용합니다.

이 영상을 시청한 후, 정적 혼합기 내의 농도 분포를 연구하기 위해 자기공명영상(MRI)을 사용하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.