Manyetik Rezonans Görüntüleme kullanarak Karışım miktarının

Aşağıdaki deneyin genel amacı, karıştırma ve proses ekipmanlarını değerlendirmek için güçlü bir araç olarak manyetik rezonans görüntülemeyi kullanmaktır. Bu, iki sıvı akışının bir ayrılmış ve yeniden birleştirilmiş statik karıştırıcıda birleştirilmesiyle gerçekleştirilir. Uygun bir görüntüleme protokolü seçilerek MR görüntüleri elde edilir.

Bu görüntüler, karıştırıcının karakterize edilmesine olanak tanır. Performans sonuçları, kişisel bakım ürünleriyle ilgili bir uygulama için elde edilmiştir ancak prosedür; geniş bir gıda, kimyasal, biyokütle ve biyolojik sıvı yelpazesine uygulanabilir. Manyetik rezonans görüntülemenin video gibi diğer tekniklere göre temel avantajı, opak malzemelerin görselleştirilebilmesidir.

Ek olarak, bilgi niceldir; bileşen konsantrasyonları ve karıştırma derecesi hesaplanabilir. Görselleştirme, karıştırma. MRI kullanımı, uzaysal olarak ölçülen konsantrasyon dağılımlarının hesaplanan konsantrasyon dağılımlarıyla ayrıntılı karşılaştırmaları aracılığıyla, hesaplamalı akışkanlar dinamiği simülasyonlarının ve üretim süreçlerinin doğrulanması için yardımcı olabilir.

SAR karıştırıcı, bir PVC boru içine yerleştirilmiş bir dizi farklı plakadan oluşur. Lazerle kesilmiş her bir plaka PMMA'dan yapılmıştır ve 1,59 milimetre kalınlığındadır. Her plakada, akrilik bir çubuk boyunca hizalamayı sağlayan dikdörtgen bir kama bulunur.

Bir PVC boruda plastik şeffaf veya opak olabilir. Plakalar, akışkanların geçebileceği açıklıklara sahip çeşitli tasarımlara sahiptir. Plakalar, boru içerisine, birbirine karışan tüneller oluşturan tekrarlayan bir düzenle yerleştirilir.

Boru plakası S'den geçen iki akışkan, tekrarlanan motife giren iki akışkanı yönlendirmek için kullanılır. Akışkan akışlarından biri merkezde, diğer akışkan akışları ise üstte ve alttadır. Bunlar 10'a bir oranında göreceli akış hızındadırlar.

Ardından sıvılar, sekiz adet C tipi plaka ile oluşturulmuş açık bir kanalda buluşur. Daha sonra sıvılar, sekiz adet I tipi plaka ile iki dikey kanala fiziksel olarak ayrılır. Bir sonraki bölüm, her bir sıvı akışını saat yönünün tersine 90 derece döndüren 16 benzersiz plakadan oluşur. Sıvı daha sonra, akışı iki yatay kanala ayıran sekiz plaka üzerinden akar.

Tekrar eden motif, sekiz açık kanal plakasıyla sona erer. Genel olarak motif, PVC boru boyunca altı kez tekrarlanmıştır. Karbo pole çözeltisini hat içi ayırıcı ve yeniden birleştirici statik karıştırıcıdan pompalayacak bir akış sistemi kurmak için, işleme karıştırıcıyı mıknatısın içine yerleştirerek başlayın.

Mıknatıs, metre başına 0.3 Tesla'lık bir tepe gradyan gücüne sahip, tek Tesla kalıcı mıknatıslı bir görüntüleme spektrometresinin parçasıdır ve test sıvılarının kütlesel debisini kontrol edebilecek ve kaydedebilecek neredeyse kübik bir muhafazaya sahiptir. Ek olarak, basıncı izlemek için karıştırıcının üst akışına bir basınç dönüştürücü ve silindirik hacim durumlarında dört sarımlı bir solenoidden oluşan ve PVC boruya tam oturan bir radyo frekans bobini entegre edilmiştir. Son olarak, girişlere iki farklı çözelti bağlanır.

Bu gösterimde, solüsyonlar manganez klorür içeren veya içermeyen carbopol olacaktır. Tartılmış miktardaki polimeri, karıştırmalı bir tanktaki deiyonize suyun içine yavaşça eleyerek carbopol solüsyonunu hazırlayın. Carbopol solüsyonunu %50'lik sodyum hidroksit solüsyonu ile pH yediye kadar nötralize edin.

Nötralizasyon, polimerin suda şişmesiyle birlikte çözeltinin maksimum viskoziteye ulaşmasını sağlar. Bir jel oluşturmak için, MR kontrast maddesi olan manganez klorür içeren ikinci bir katkılı karbo pole çözeltisi hazırlayın. Akış davranışını veya reolojiyi karakterize etmek için, kayma viskozitesini ölçmek amacıyla 25 °C sıvı sıcaklığında standart bir konik geometri kullanın.

LA ritmik modda, dekad başına 10 nokta ve %5 tolerans ile 0.1 ila 500 pascal arasında bir kararlı durum kayma gerilmesi taraması uygulayın. Ardından, LA logaritmik modda, dekad başına 10 nokta ile 628 ila 0.63 rad/s frekans taraması boyunca gerinimi ölçün. Görüntüleme parametrelerini seçerken, görüntüdeki toplam sinyal-gürültü oranının yanı sıra katkılanmış bölge ile aktif bölge arasındaki kontrastı ve sinyal yoğunluğunu dikkate almamız gerekir.

Bu vakada, bir gradyan eko sekansı seçtik ve sinyal yoğunluğunun konsantrasyona doğrusal bağımlılık göstermesini sağlamak için ilgili konsantrasyonları belirledik. MR sekansı akış kompanzasyonu içermemektedir.

Hareket artefaktlarını önlemek için görüntüleme, sükunet halindeki sıvılar üzerinde gerçekleştirilir ve görüntüleme süresi bir ila dört dakika civarındadır. Farklı aksiyal konumlardaki hacimleri görüntülemek için karıştırıcıyı yeniden konumlandırın. İstenen hacim, NMR bobininin merkezinde ve mıknatısın merkezinde yer alana kadar karıştırıcı tüpü mıknatıs boyunca aksiyel olarak kaydırın.

Ardından görüntüleme işlemini tekrarlayın. Son olarak, bileşen konsantrasyonlarının uzaysal dağılımını belgelemek için MR verilerini görüntü analiz prosedürleri ile analiz edin. Bu çalışmada, iki çözeltinin gerçek lojik özellikleri ayırt edilemezdi.

Çözeltilerin viskoelastik özellikleri, depolama modülünün kayıp modülünden daha yüksek olduğu ve modül ile kaybın oldukça sabit kaldığı bir jel sisteminin karakteristiklerini taşımaktaydı. Kaybın depolamaya oranının eğimi daha yüksek frekanslarda artış göstermiş ve karşılık gelen faz gecikmesi, akış sırasında viskoz kuvvetlerin atalet kuvvetlerine göre göreceli katkısını değerlendirmek için aynı eğilimi izlemiştir. Reynolds sayıları, plakalar arasından geçen ortalama akış olarak hesaplanmıştır.

1,0'dan çok daha düşük olan bu değerler, viskoz kuvvetlerin atalet kuvvetlarına hakim olduğunu göstermektedir. Bu nedenle karıştırma, türbülans yerine laminer gerilme ve kayma yoluyla gerçekleşmiştir. MRI kullanarak akış görselleştirmenin gücünü göstermek amacıyla, aşağıdaki sonuçlar farklı aksiyel konumlardan seçilen görüntülerdir.

SAR karıştırıcı, birinci, ikinci ve üçüncü karıştırma bölümlerinin aşağısındaki H plakalarının görüntülerinde gösterildiği gibi akışları etkili ve homojen bir şekilde ayırır. Katkılı sıvı şeritlerinin sayısı, her karıştırma bölümünde iki katına çıkmıştır. Görüntü değer eşiklerinin değiştirilmesi, motiften her geçişte katkılı sıvı şeritlerinin arttığını göstermektedir.

Karıştırıcıdaki 90 derecelik saat yönü tersine dönüş boyunca alınan bir dizi görüntü, tüm tünel boyunca gerçekleşen karıştırma sürecinde dikey akışların nasıl yatay akışlara dönüştüğünü göstermektedir. İki akışkan akımı birçok kez katlanır. Bu ölçümler yapılırken, ölçüm süresinin, moleküler difüzyonun bileşen konsantrasyon dağılımlarını etkileme süresine kıyasla çok kısa olması gerektiğini unutmamak önemlidir. Karıştırmanın bu deneysel ölçümleri, özellikle karıştırma hesaplamalı akışkanlar dinamiği simülasyonlarında kullanılan akışkan reolojisinin bileşen modellerinin etkisini ve ayrıştırılmış ve yeniden birleştirilmiş bir karıştırıcıyı test etmek için kullanışlıdır.

Bu videoyu izledikten sonra, bir statik karıştırıcıdaki konsantrasyon dağılımlarını incelemek için manyetik rezonans görüntülemenin nasıl kullanılacağı konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız.