Сушки с: Сушки с фаршем запеченные в духовке

13.2 Инфракрасная сушка / 278

14 Качество продукции и защитная сушка 289

14.1 Качество продукции / 289

14.2 Защитная сушка / 291

15 Непрерывный контроль влажности, измерение влажности и рекуперация энергии 313

15.1 Методы непрерывного измерения влажности твердых тел / 313

15.2 Методы непрерывного измерения влажности газов / 321

15.3 Управление процессом осушителя / 327

15,4 Рекуперация энергии / 335

16 Методы разделения газа и твердого вещества 339

16,1 Циклоны / 340

16,2 Тканевые фильтры / 343

16,3 Скрубберы / 346

16,4 Электростатики 349

17 Подающее оборудование сушилки 357

17.1 Сушилки с псевдоожиженным слоем / 358

17.2 Ротационные сушилки прямого нагрева / 360

17.3 Сушилки мгновенного нагрева / 360

17.4 распылительных сушилки / 361

17,5 конвейерные сушилки / 361

17,6 Hazemag Rapid Dryer / 363

17,7 Anhydro Spin Flash Dryer / 365

17,8 Пластинчатые сушилки / 365

17,9 Сильно перемешиваемые вертикальные тонкие сушилки / 365 9,103 -Сушилки для пленок и барабанные сушилки / 365

Обозначение 369

Индекс 377

Восстановительная сушка с нагревом (часть 2)

Часть 2

В первой части этой серии обсуждались некоторые происходящие физические изменения когда вы добавляете тепло воде и влажным материалам.Это была научная сторона темы. Теперь, во второй части, мы расширяем эти знания до повседневного применения тепла при восстановительных работах по сушке.

Существует несколько философских взглядов на использование тепла при реставрационной сушке. Во-первых, сторонники «только тепла» утверждают, что ТЕПЛО — это все, что вам нужно. Применяется исключительно и универсально для всех проектов сушки. Они выводят испаренную воду за пределы конструкции, полагаясь на внешний воздух, чтобы обеспечить более низкое давление пара, необходимое для эффективной сушки.Конечно, чем выше влажность наружного воздуха, тем выше должна быть температура влажных материалов. Кроме того, есть те, кто использует тепло как еще один инструмент, используя наружный воздух, когда это целесообразно и удобно, но чаще всего сочетает тепло с осушением LGR и стратегиями воздушного потока.

Сколько тепла? Где и когда?

Большой вопрос: «Сколько тепла?» Сколько БТЕ я должен принести на работу? В настоящее время нет установленных стандартов для определения размеров нагревателя для реставрационных работ.Некоторые распространенные калькуляторы HVAC говорят вам, что для помещения объемом 1000 кубических футов со средней изоляцией 2000 БТЕ поднимут температуру на 10 ° F, а в той же комнате с плохой изоляцией требуется 4200 БТЕ. Эти цифры не принимают во внимание потребность около 1000 БТЕ для испарения каждой пинты воды и тепловую нагрузку от повышения температуры материалов.

Фактический процесс определения размеров обогревателей для любой конкретной ситуации будет включать профессиональную оценку, которая учитывает несколько переменных, таких как: внешняя погода, тип конструкции, продолжительность увлажнения, затронутые материалы и отделка, а также близость к жилым помещениям.Кроме того, часто бывает несъемное, встроенное или специальное содержимое, другое реставрационное оборудование и широкий спектр проблем, связанных с температурой, специфичных для работы. Имейте в виду, что тепловая сушка специально улучшает условия, выходящие за рамки тех, которые обычно возникают при сезонных колебаниях. При выборе нагревателя следует учитывать способность сушильной камеры рассеивать тепло и контролировать повышенную влажность воздуха. Реставратор должен предварительно определить температуру, которую необходимо достичь, и использовать термостат, чтобы оставаться в этом диапазоне.

Некоторые специалисты по реставрации используют тепло в основном для тяжелых и плотных материалов, таких как бетон, штукатурка и кладка. Тепло также эффективно для сушки деревянной конструкции здания. Конструкционные балки и брус достаточно толстые, поэтому при их тщательном увлажнении высыхание может занять очень много времени. Сушка строительных пиломатериалов с помощью тепла — одно из наиболее предсказуемых и щадящих способов применения тепла. Возможно, будет полезно потренироваться на открытых конструктивных элементах, прежде чем переходить к более чувствительным приложениям.

Самый простой способ подать тепло — это начало сушки, когда на поверхности много влаги, которая очень быстро реагирует на тепло, потому что ей не нужно диффундировать через материал. На этой стадии сушки быстрое испарение, которое возможно при добавлении тепла, может повысить точку росы воздуха по сравнению с температурами остальной части конструкции. Это может привести к нежелательной конденсации (часто в скрытых местах) и вторичному повреждению конструкции.Эта нежелательная конденсация встречается довольно часто, особенно при наличии более прохладных поверхностей.

Большинство реставрационных компаний сосредоточены на мониторинге пострадавших территорий. При тепловой сушке важно также знать, что происходит на ранее незатронутых участках. Отсутствие пароизоляции на внутренних стенах и потолках, а также количество проходов для инженерных сетей и систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха делают повышение уровня влажности в незатронутых помещениях практически неизбежным. Часто возможный конденсат сушат по мере продолжения процесса восстановления, но это важно контролировать и проверять.

Если у вас нет избытка БТЕ для фокусировки на небольшой площади, будет сложно перегреть фактическую влажную поверхность, потому что БТЕ, необходимые для испарения, будут иметь охлаждающий эффект. Но по мере высыхания поверхности это испарительное охлаждение уменьшается, и его температура может очень быстро повыситься. Вот почему важно внимательно следить за выполнением работы при использовании тепла.

Некоторые общие концепции

Есть несколько общих концепций, используемых при определении максимальной температуры, которая должна быть безопасно достигнута. Конструкции и их содержимое представляют собой сложную смесь различных тканей, дерева, пластика, металлов и отделки. Некоторые материалы легче повредить при высокой температуре, в то время как другие могут выдерживать более высокие температуры без последствий. Предметы интерьера, такие как свечи, растения и аквариумы, чувствительны к температуре, как и некоторые продукты, такие как конфеты и вино.

Оплавление может быть проблемой, но чаще вы будете видеть слабость / разрушение материала, происходящее далеко за пределами плавления, как это происходит с пластиковыми мини-жалюзи.Следите за пересыханием деревянных элементов отделки, которые могут вызвать необратимую усадку и растрескивание. Белый клей, используемый в некоторых карнизах и пиломатериалах, соединенных пальцами, начинает размягчаться при температуре около 90 ° F. Таким образом, если в молдинге возникнут внутренние напряжения, стыки могут сместиться.

Согласно Gypsum Association, гипсокартон (гипсокартон) не должен подвергаться воздействию температур выше 125 ° F в течение длительного периода времени, потому что кристаллы гипса теряют гидратацию воды и резко ухудшаются огнестойкость (https: // www. .gypsum.org/). Состав для шва гипсокартона обычно хорош, но зависит от надлежащих условий смешивания / нанесения / отверждения, которые не известны реставратору.

Как правило, все, что превышает 95 ° F, попадает в зону внимательного отношения. Тем, кто выберет температуру 120 ° F, будет разумно начать с малого и внимательно следить за результатами, пока не разовьется хорошее профессиональное чувство быстрых изменений и потенциально опасных условий. Температура на выходе любого нагревателя будет на несколько градусов выше желаемой целевой температуры.Следите за тем, чтобы горячий воздух не попадал прямо на чувствительные поверхности, такие как паркетный пол (см. Рис. 1). При нагревании пол очень легко сжимать и деформировать. Это связано с тем, что деревянный пол имеет асимметричный профиль испарения, то есть испарение его верхней поверхности сильно отличается от испарения нижней. Полы из твердых пород дерева при необходимости можно заменить; но паркетные полы, пропитанные водой, обычно удаляются. За любой хрупкой или тонкой конструкцией следует внимательно следить, чтобы не растрескаться или не пересохнуть.Имейте в виду, что удаление слишком большого количества воды из материала может вызвать значительную усадку, которая для большинства материалов может быть необратимой.

Сосредоточение тепла вокруг влажного материала — постоянная проблема, потому что горячий воздух менее плотный, чем более холодный воздух, поэтому он всегда пытается подняться к потолку. Направление тепла на влажные материалы, а затем установка палатки с полиэтиленовой пленкой или плавание ковра с нагретым воздухом являются обычными методами. Там, где установка небольших палаток нецелесообразна, обычный метод заключается в использовании существующей конструкции для создания сушильной камеры и использовании движения воздуха для передачи тепла и перемещения влаги.

Дополнительное тепло необходимо в более прохладных условиях для ускорения высыхания, но тепло может помочь практически везде, где температура поверхности влажных материалов ниже 75 ° F. Тепло также можно использовать для других методов сушки. Например, в прохладной окружающей среде он может довести температуру до эффективного рабочего диапазона осушителей. Достижения в технологии LGR привели к появлению осушителей с рабочим диапазоном до 125 ° и приспособлений для предварительного охлаждения, которые увеличивают скорость удаления воды при повышенных температурах.Эти достижения могут предоставить специалисту по реставрации все преимущества использования тепла для повышения давления пара влажных материалов, в то же время позволяя использовать осушители для снижения давления пара в воздухе. При использовании переносных адсорбционных осушителей в холодную погоду к входящему в реактивацию воздуху можно подавать тепло для повышения эффективности регенерации; это может обеспечить заметно более сухой технологический воздух. Есть много сложных способов успешно использовать тепло, как любой мощный инструмент.Но также можно добиться большого успеха, используя только основы тепла, удаления влаги и движения воздуха.

Слишком быстрая сушка

Некоторые люди считают, что тепло может загнать влагу глубже в материал. После воздействия тепла на материал в течение некоторого периода времени они увидели, как испарение уменьшается, и, согласно неинвазивным приборам, материал кажется сухим. Дело в том, что если приложить слишком много тепла или воздуха, поверхностный слой высохнет; скорость испарения падает по мере того, как движение влаги наружу за счет капиллярного действия и диффузии уменьшается из-за пониженной проводимости сухого поверхностного слоя.Эту проблему часто называют «закалкой». Поверхность высыхала слишком быстро… быстрее, чем внутренняя влага могла выйти на поверхность. Это похоже на испеченную буханку хлеба — твердая корочка с влажной внутри. Внешняя поверхность не должна высыхать быстрее, чем влага может перейти на поверхность. Цементная закалка может быть очень обманчивой, потому что материал выглядит сухим и кажется сухим. Решением этой проблемы является проверка с помощью измерителя проникающего типа. Если внутреннее пространство выглядит влажным, значит, материалу требуется некоторое время, чтобы восстановить распределение влаги.Не раз оборудование снималось с работы только для того, чтобы внутренняя влага выходила на поверхность и вызывала такие проблемы, как нанесение отделки на еще влажные материалы.

Стандарты и сертификаты

Существуют некоторые разногласия, ставящие под сомнение ценность сертификатов агентств по стандартизации для сушильного оборудования. Особенно подвержено этим вопросам отопительное оборудование. Суть в том, что сертификаты UL и ETL не могут гарантировать защиту от ответственности за качество продукции, но они помогают гарантировать, что (за исключением грубой небрежности) оператор не упадет до суммарного обнаружения неисправности.Наличие этих сертификатов чрезвычайно важно, поскольку они показывают через признанную третью сторону, что оборудование соответствует добросовестным, общепризнанным национальным стандартам безопасности и производительности. Сертификаты UL и ETL (см. Рис. 2) обеспечат вам и вашему оборудованию хотя бы первоначальную положительную репутацию в глазах закона. Тем не менее, знание и ответственное использование нагревательного оборудования может помочь или сломать дело, если что-то пойдет не так.

В конце концов, реставратор обязан сбалансировать содержание воды в материале и температуру сушки с вашей скоростью удаления влаги в зависимости от доступного оборудования… при этом не забывая, какую температуру могут выдерживать материалы без повреждений.Эти факторы работают вместе, чтобы определить вашу оптимальную настройку для текущих условий работы.

Ларри Карлсон ; Менеджер по реставрации, Phoenix Restoration Equipment
Майк Стеффес ; Лаборант ООО «Терма-Стор»

Реставрационная сушка при нагревании (Часть 1)

ЧАСТЬ 1

Это определенно ГОРЯЧАЯ тема. Тема может быть эмоциональной для сторонников и противников; использование и применение научных принципов очень серьезно обсуждается даже между защитниками тепла.К этому добавляется зловещий потенциал судебных исков и судебных издержек. Некоторые реставраторы боятся даже произнести слово ТЕПЛО. Эта статья должна помочь специалистам по реставрации лучше понять тепло, его последствия и его применение при сушке реставрации. Эта серия из двух частей даст вам достаточно информации, чтобы понять, как работает тепло, и избавиться от некоторых распространенных ошибок и заблуждений, связанных с нагревом. Часть 1 посвящена науке и свойствам тепла, воды и испарения.Вторая часть будет больше посвящена приложениям для тепловой сушки, а также некоторым советам по эффективному и рентабельному использованию тепла.

Важно понимать, что все сохнут от тепла. «Все сохнут от тепла», потому что воде требуется значительное количество тепла (энергии), чтобы превратиться из жидкости в пар. Не менее важно понимать, что «значительное количество тепла» — это не то же самое, что «высокая температура». Количество тепла в чем-то — это не то же самое, что и его температура.

Тепло можно измерить, как и температуру. Один из способов измерения тепла — это британские тепловые единицы (BTU). BTU — это достаточно тепла, чтобы поднять температуру пинты воды на 1 ° F; одна БТЕ — это не много тепла. Если у вас есть галлон воды, которую вы хотите нагреть от прохладной до горячей; от 50 ° F до примерно 120 ° F, потребуется добавить около 560 БТЕ (8 пинт x изменение 70 ° F).

Для испарения требуется значительно больше тепла (см. Рис. 1). Для испарения пинты воды требуется чуть больше 1000 БТЕ, и это даже без изменения ее температуры.Причина, по которой для испарения воды требуются все эти БТЕ, заключается в том, что молекулам воды необходимо поглощать достаточно тепловой энергии, чтобы оттолкнуться друг от друга — им необходимо преобразоваться из жидкости (близко друг к другу) в пар (далеко друг от друга). Испарение не требует изменения температуры; испарение — это фазовый переход. Пинта воды испарится при 70 ° F, а водяной пар будет при 70 ° F, все эти 1000 БТЕ используются для фазового перехода, необходимого для преобразования жидкой воды в водяной пар. Фунт воздуха при 70 ° F и относительной влажности 25% содержит около 21 БТЕ.Фунт воздуха при температуре 70 ° F и относительной влажности 90% содержит 32 БТЕ. Та же температура, но примерно на 60% больше теплоты. Эти дополнительные БТЕ называются скрытой теплотой, потому что они не проявляются в температуре; они обнаруживают себя только при измерении содержания влаги.

Все пары оказывают давление; называется давлением пара. При реставрации предполагается, что давление пара относится к воде. Давление пара — это парциальное давление. Все газы и пары в воздухе имеют собственное парциальное давление.Они увеличивают атмосферное давление. При любой заданной температуре в воздухе может существовать максимальное количество водяного пара. Этот максимум и есть давление насыщенного пара. Давление пара часто измеряется в дюймах ртутного столба (дюймах ртутного столба). Вес водяного пара в воздухе измеряется в зернах на фунт (GPP).

При повышении температуры воздуха количество влаги в воздухе (GPP) не изменяется, поэтому давление пара не меняется, но увеличивается максимально возможное давление пара (в более теплом помещении может существовать больше крупинок воды. воздуха).У жидкой воды действительно есть давление пара, и оно зависит от температуры. Если вы повысите температуру воды во влажном материале, вы увеличите давление пара.

Перепад давления пара вызывает испарение. Но температура — это один из основных факторов, влияющих на то, как быстро это происходит. Температура на поверхности влажного материала определяет давление насыщенного пара. Чем выше эта температура, тем выше будет давление пара. Давление пара в воздухе можно определить по его температуре и относительной влажности (давление пара можно найти на психрометрической диаграмме рядом с количеством зерен на фунт).Предполагая достаточный воздушный поток, чем больше разница между этими двумя давлениями пара, тем выше скорость испарения. И наоборот, чем меньше разница, тем меньше скорость испарения. Если окружающий воздух уже насыщен, материал не высохнет. При использовании нагрева для сушки материалов цель состоит в том, чтобы максимизировать перепад давления пара путем добавления тепла для обеспечения достаточного испарения без чрезмерного повышения температуры, а не сосредоточения внимания на контроле содержания влаги в воздухе путем осушения.

Сравнение стратегии контроля температуры и контроля влажности показано в следующем примере. Поскольку равновесное содержание влаги (EMC) в древесине и других гигроскопичных материалах связано с относительной влажностью воздуха, оно является хорошим ориентиром для определения минимально возможного содержания влаги во время сушки. Воздух при температуре 80 ° F и относительной влажности 23% имеет относительную влажность 35 галлонов на миллион и в конечном итоге высушивает древесину до ЭМС 4,9%. Воздух при температуре 100 ° F и относительной влажности 23% имеет коэффициент влажности 65 галлонов на миллион и в конечном итоге высушивает древесину до EMC, равного 4.7%, но скорость испарения будет намного выше, потому что более теплые поверхности будут производить более высокое давление пара. Работа с температурой 100 ° F потребует более тщательного наблюдения за некоторыми проблемами, связанными с нагревом, которые обсуждались в части 2. Понимание того, как точно настроить скорость испарения, может помочь в выборе оборудования по мере выполнения работы по сушке.

«Сколько тепла?» это простой вопрос, но ответ может меняться от работы к работе… и от начала до конца одной и той же работы. Эти изменения задания на задание будут обсуждаться в части 2, но основная причина изменения «от начала до конца» заключается в том, что, когда материалы влажные, испаряющаяся влага защищает их от перегрева.В процессе работы и высыхания нагрев может вызвать проблемы с некоторыми материалами, если температура не контролируется.

Теплый воздух обычно используется для передачи тепла конструкции (и влаге) посредством конвекции, как в конвекционной печи. Источник тепла нагревает воздух, а затем воздух нагревает конструкцию и жидкую воду. Некоторое обогревание небольших площадей можно осуществить с помощью инфракрасных (ИК) «тепловых ламп», но нагревательные лампы слишком неэффективны для больших площадей. Тепловые лампы используют инфракрасное излучение для передачи тепла; это передача в пределах прямой видимости.Тепло идет туда, куда нацелено, не нагревая воздух по пути. Конвекция (горячий воздух) и излучение (ИК) — два основных механизма, используемых для передачи тепла при сушке реставраций.

Существует несколько различных способов создания конвективного тепла при сушке. Установки прямого нагрева помещают дымовые газы в поток нагретого воздуха. Нагреватели непрямого действия отделяют камеру сгорания от потока нагретого воздуха, подобно топке с принудительной подачей воздуха. Оборудование для водяного отопления (см. Рис.1) нагревает жидкость (обычно смесь пропиленгликоля и воды пищевого качества), затем перекачивает горячую жидкость по шлангам к одному или нескольким фанкойлам, расположенным внутри конструкции. И, конечно же, отопительные агрегаты с электроприводом. Некоторые системы обогрева делают упор на направление нагретого воздуха непосредственно на влажные материалы, тогда как другие нагревают всю пораженную область.

Неэлектрические источники тепла могут быть разработаны для использования любого из широко доступных видов топлива, например природного газа, пропана или дизельного топлива.Некоторые из них позволяют изменять вид топлива в полевых условиях.

Часть 2 будет продолжена в области применения и предложит несколько полезных советов по нагреву.

Ларри Карлсон ; Менеджер по реставрации, Phoenix Restoration Equipment
Майк Стеффес ; Лаборант ООО «Терма-Стор»

Переходы смачивания при высыхании капель на мягких материалах

Высыхание капель на жестких и податливых подложках

В экспериментах одна капля воды ( V _{помещалась} = 71.9 ± 8,7 нл) помещали на стеклянную подложку, покрытую поли (диметилсилоксаном) (PDMS Sylgard 184, далее сокращенно PDMS), которая находилась внутри камеры для окружающей среды. Толщина покрытия 30 мкм. Мы настраивали жесткость пленки, варьируя соотношение смешивания форполимера и катализатора. Чтобы настроить скорость испарения капель, мы изменили относительную влажность ( rH = 15, 50 и 90%) в климатической камере, сохраняя постоянную температуру ( T = 24.\ circ \) на соответствующих образцах (PDMS, 50: 1), и соответствующие начальные радиусы контакта составляли R ₀ = 258,6 ± 11,9 мкм и R ₀ = 241,4 ± 15,3 мкм соответственно. Мы наблюдали смачивание испаряющихся капель с помощью камеры бокового обзора, наклоненной на ~ 5 ° относительно горизонтали.

На рис. 1а, б показаны последовательности изображений высыхающих капель воды на подложках с двумя различными значениями модуля Юнга, E (рис. 1а: E = 2937 кПа, жесткий; рис.1b: E = 20 кПа, соответствует требованиям), в окружающей среде при T = 24,1 ° C и rH = 50%. Понятно, что хотя время, необходимое для испарения капли в этих двух случаях, одинаково, значения кажущегося угла смачивания, θ ^* , как показано на рис. 1a, b, сильно различаются, хотя оба образца имеют одинаковый химический состав. Оба они сделаны из полидиметилсилоксана с разной степенью сшивки. На рис. 1с показана схема смачивания капли на податливой подложке, определяя θ ^* для податливой подложки и вершину и основание смачивающего гребня.Горизонтальный масштаб вершины смачивающего гребня определяется как область, в которой ожидается нелинейное упругое поведение, \ (\ Upsilon _ {\ mathrm {S}} / E \) ^32,36,37 , с \ (\ Upsilon _ {\ mathrm {S}} \) — поверхностное натяжение твердого тела, которое в предположении, что поверхностное натяжение твердое тело – пар и твердое тело – жидкость схожи, может быть аппроксимировано средним значением двух поверхностных натяжений. На рис. 1d показан график зависимости θ ^* от времени, t , для случаев на рис. 1a, b.Мы видим, что для высыхания капли на жесткой подложке θ ^* примерно постоянно, пока капля не станет маленькой, а затем θ ^* быстро уменьшится. С другой стороны, для высыхания капель на податливой подложке θ ^* постоянно уменьшается. На рис. 1e показан график радиуса контакта капли, R , в сравнении с t для случаев, показанных на рис. 1a, b. На жесткой подложке R уменьшается быстрее, чем на податливой подложке.Таким образом, в течение большей части процесса испарения скорость линии контакта на податливой подложке меньше, чем на жесткой (за исключением последних ~ 10 с испарения). На рисунке 1f показан график зависимости θ ^* от R / R ₀ для двух разных значений E и трех разных значений rH (нижний индекс «0» обозначает значение при t ₀ ). Мы видим, что для жестких подложек rH — и, следовательно, скорость испарения — не оказывает значительного влияния на зависимость θ ^* от радиального положения.Капли, испаряющиеся на жестких подложках, всегда демонстрируют одну и ту же тенденцию: более длительный период относительно постоянного θ ^* с последующим закреплением контактной линии и быстрым уменьшением θ ^* к концу испарения. С другой стороны, для совместимых подложек мы видим, что rH оказывает значительное влияние на θ ^* . Для значений относительной влажности , равных 15 и 50%, поведение при сушке аналогично. Линия соприкосновения кажется прижатой к крупным каплям; следовательно, R остается почти постоянным, в то время как θ ^* уменьшается.Затем, когда капля относительно мала, R значительно уменьшается, в то время как θ ^* изменяется только умеренно. Напротив, для относительной влажности 90% переход от постоянного радиуса контакта к движущейся линии контакта происходит при значительно большем значении θ ^* (~ 70 ° вместо ~ 40 °). Таким образом, мы видим, что как rH , так и E оказывают значительное влияние на θ ^* , вызывая переход смачивания от высоких значений θ ^* к низким значениям θ ^* на низком уровне отн. Влажн. .

Обнаружение переходных полей мезомасштабной деформации при высыхании капли. a Схема установки, используемой во всех экспериментах. Он состоит из климатической камеры, в которой контролируются rH и T , двух объективов (вид снизу и сбоку) и пипетки для дозирования капель.Нижний объектив прикреплен к пьезоэлементу. b Схема, показывающая каплю на эластичной силиконовой подложке, создающую гребень смачивания на линии контакта. Поверхность покрыта регулярным набором дисков с квантовыми точками, которые обнаруживаются специально созданным светлопольным флуоресцентным микроскопом. Сканируя в направлении z , мы можем определить деформации поверхности в этом направлении. Флуоресцентные микрофотографии под наклоном податливых подложек с треугольным массивом красных дисков с квантовыми точками в выгруженном состоянии c (без капель) и d загруженном состоянии (с каплей).С помощью микроскопии мы можем обнаружить поле размещения нагруженного состояния, P ₁ , и с помощью алгоритма релаксации мы можем найти ненагруженное состояние, P ₀ (см. Методы, Дополнительное примечание 1: Без ссылок Измерение cTFM и дополнительный рис. 2). Тогда поле смещения определяется как U = P ₁ — P ₀ . В d мы сосредоточились только на небольшой части подложки и линии контакта, чтобы выявить значительные трехмерные деформации подложки. e 3D поле смещения, U , для деформированной подложки, показанной на ( d ). Вектор смещения определяется как, U = U _r e _r + U _φ e _{φ 905 905 905 z} e _z , и каждый вектор представлен стрелкой в ​​( e ).Также в ( e ) показана цилиндрическая система координат; начало координат находится в центре границы раздела капля-подложка; черные кружки представляют постоянные значения r и постоянные z линий при r = R и z = 0 и z = 6 мкм. f Проекция в плоскости rz всех P ₁ данных деформированного носителя, показанных на ( d ). g Увеличенная проекция U (из e ) в плоскости rφ .Положения в плоскости (оранжевые линии) от P ₀ (синие точки) до P ₁ (красные точки). h Величина поля увеличенного вектора напряжений деформированной подложки, показанная на ( d ), вычислена с помощью анализа методом конечных элементов. Масштабные линейки: c , d , 20 мкм g , h , 20 мкм. Исходные данные представлены в виде файла исходных данных для ( c — f )

Влияние влажности и соответствия на высыхание капель

На рис. 3a, d показаны последовательности изображений вида сбоку двух капель, испаряющихся на совместимой подложке. (Силикон CY 52–276, далее сокращенно силикон CY, в соотношении A: B 9:10, E = 12.6 кПа) в среде с относительной влажностью , равной 90% (медленное испарение) и 15% (быстрое испарение), соответственно (см. Дополнительный фильм 1, см. Также дополнительный рисунок 3 для того же эксперимента с другим совместимым материалом). Также показаны синхронные величины вектора напряжений подложки (рис. 3b, e) и формы гребней смачивания, которые мы измерили (рис. 3c, f, проекция P ₁ в плоскости rz ). Оба случая фиксируют переход от статичной к движущейся удаляющейся линии соприкосновения.Рисунок 3c, f показывает, что форма смачивающего гребня не всегда симметрична относительно оси z при r = R в плоскости rz . Форма смачивающего гребня во время быстрого испарения, показанного на фиг. 3f, заметно наклонена к капле, тогда как во время медленного испарения, показанного на фиг. 3c, смачивающий гребень относительно симметричен относительно оси z . На рис. 3g, h показаны графики зависимости θ ^* от R / R ₀ и θ ^* от т / т _{испаритель} , соответственно, для двух различных условий окружающей среды, rH = 15 и 90%. Здесь t _испар — время, необходимое для испарения капли. На рис. 3i показан график зависимости dR / dt от t , где dR / dt нормализовано характеристической скоростью релаксации субстрата, которую мы определим далее. Характерная скорость релаксации подложки зависит от капли и подложки и определяется как масштаб длины деформации подложки, деленный на время релаксации подложки, τ (характерное время релаксации подложки).Мы определили τ экспериментально путем проведения испытаний на ступенчатую деформацию и подгонки обобщенной твердотельной модели Максвелла с двумя элементами к данным (см. Методы и дополнительные рисунки 4–9 для измерений τ и E для материалов, используемых в эта учеба). Типичный масштаб длины деформации подложки был определен согласно литературным данным ^30,36 как γ _LV / E , где γ _LV — поверхностное натяжение жидкости.Подстановка соответствующих значений дает γ _LV / ( Eτ ) = 0,98 мкм с ⁻¹ ( γ _LV = 71,97 мН м ⁻¹ , E = 12,6 τ = 5,8 с). Во время быстрого испарения dR / dt становится сопоставимым по величине, а в более поздние времена даже превышает γ _LV / ( Eτ ). В это время мы также наблюдаем относительно большие поверхностные напряжения на линии контакта и асимметричные гребни смачивания.Эта характерная скорость релаксации подложки также проявляется в контексте растекания капель на мягких подложках ^42,43 . (См. Дополнительное примечание 2: Соображения по выбору соответствующей модели материала и дополнительный рис.10 для реологических измерений PDMS 50: 1 и силикона CY 9:10, которые не имеют точек перехода вязкости в упругость и поэтому не могут использоваться для определения частота перехода между модулями накопления и потерь.)