使用选择性彩色成像方法测量流体混合现象的新型测量技术

一种新颖的测量技术已经被开发出来，可以使用荧光发射粒子来可视化在空间中悬浮和合并的两个液滴内的流体流动和分布。该技术能够估计每个液滴内的流体运动，从而揭示当液滴合并促进流体混合时由表面振动引起的内部流动。详细信息已发表在《科学报告》上。

一般来说，处理液体需要容器。然而，超声波技术可以创建“液滴实验室”，一种超紧凑的测试环境，其中直径几毫米的多个液滴可以在空间中漂浮和混合，而不受容器的影响。

筑波大学的研究人员开发了一种合并两个液滴的技术，以及一种使用选择性彩色成像方法测量它们混合的方法，这两个液滴由于尺寸小而在液滴实验室装置中混合具有挑战性。

该混合技术使用超声波相控阵，通过从具有相移的7×7超声波换能器网格发射超声波，液滴可以在该焦点上随机漂浮。这项技术成功地同时悬浮了两个相同的液滴，导致它们碰撞并合并。

为了测量混合程度，必须确定每个液滴内的流体流量。在这里，研究人员利用了红色和绿色荧光发射粒子;一个液滴含有在紫外线照射下发出红色荧光的颗粒，而另一滴则含有发出绿色荧光的颗粒。

当液滴合并时，使用高速相机详细拍摄每个荧光颗粒的运动，从而捕获它们的混合状态。

根据混合所需的时间尺度，对比分析聚结过程中界面振动引起的流体混合与分子扩散引起的流体混合的差异，发现界面振动引起的混合占主导地位。因此，这项研究的结果有望增强滴注实验室设备的应用和进一步发展。