Cyfrowe obrazowanie zjawiska kondensacji powierzchniowej pary wodnej

• Autorzy: Piga Tymoteusz , Jamróz Paweł

Warianty tytułu

EN

Digital imaging of surface condensation phenomena

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono stanowisko pomiarowe umożliwiające rejestrację kondensacji pary wodnej na powierzchni materiału badanego. Stanowisko wykorzystuje dynamiczną komorę klimatyczną, cyfrowy aparat fotograficzny o wysokiej rozdzielczości oraz termohigrometr punktu rosy. Na przykładzie kryształu halitu przetestowano możliwość rejestrowania optycznych zmian na powierzchni materiału wynikających z pojawiania się na nim wody. Eksperymenty przeprowadzono w zależności od czasu i wilgotności, dzięki czemu zarejestrowano zmiany obrazu powierzchni kryształu powodowane przez warunki środowiskowe oraz wynikające z osiągania przez powierzchnię kryształu stanu równowagi fizykochemicznej (przy stałych parametrach środowiskowych). Wstępnie zaproponowano dwie metody statystycznej analizy obrazu, które mogą odwzorować zmiany zachodzące na powierzchni badanego materiału. Dodatkowo przeprowadzono wstępną analizę czynników mogących wpływać na niepewność pomiarową metody. Stanowisko służy do określania i definiowania stanów w jakich znajdują się powierzchnie materiałów oddziaływujących aktywnie z parą wodą w zależności od zadanych warunków termicznych i wilgotnościowych. W zależności od częstotliwości wykonywania zdjęć możliwe jest rejestrowanie dynamicznych zmian zachodzących na tych powierzchniach (podczas zmiany parametrów klimatycznych) lub zmiany quasi-statyczne związane z osiąganiem równowagi powierzchni (dla stałych warunków klimatycznych).

EN

This paper presents a test rig for observing condensation on the surface of the test material. The stand uses a dynamic climate chamber, a high-resolution digital camera and a dew-point thermo-hygrometer. Using a halite crystal as an example, the possibility of recording optical changes on the surface of the material resulting from the appearance of water on it was tested. Experiments were conducted as a function of time and humidity, thus recording changes in the image of the crystal surface caused by environmental conditions and those resulting from the crystal surface reaching a state of physicochemical equilibrium (at constant environmental parameters). Two methods of statistical image analysis were initially proposed that could map the changes occurring on the surface of the material under study. In addition, a preliminary analysis of factors that may affect the measurement uncertainty of the method was carried out. The stand is used to determine and define the states in which the surfaces of materials actively interacting with water vapor are located, depending on the given thermal and humidity conditions. Depending on the frequency of taking photographs, it is possible to record dynamic changes occurring on these surfaces (during changes in climatic parameters) or quasi-static changes associated with reaching surface equilibrium (for constant climatic conditions).

Słowa kluczowe

PL

komora klimatyczna; kondensacja powierzchniowa; wilgotność; punkt rosy; higroskopijność; obrazowanie cyfrowe

EN

climate chamber; surface condensation; humidity; dew point; hygroscopicity; digital imaging

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN
• Rocznik: 2023
• Tom: T. 25, nr 1-4
• Strony: 31--36
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz.

Twórcy

autor

Piga Tymoteusz

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN; ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

• https://orcid.org/0000-0002-4484-8770

autor

Jamróz Paweł

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN; ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

• https://orcid.org/0000-0002-8318-6298

Bibliografia

• [1] F. Hauber, W. Konrad, A. Roth-Nebelsick, Aerial roots of orchids: the velamen radicum as a porous material for efficient imbibition of water. Appl. Phys. A, t. 126, nr 11, s. 885, lis. 2020. DOI: https://doi.org/10.1007/s00339-020-04047-7
• [2] H. Wang, H. Shi, Y. Wang, The Wetting of Leaf Surfaces and Its Ecological Significances. [w] Wetting and Wettability, M. Aliofkhazraei, Red., InTech, 2015. DOI: https://doi.org/10.5772/61205
• [3] M.B. Al-Handawi, P. Commins, R.E. Dinnebier, M. Abdellatief, L. Li, P. Naumov, Harvesting of aerial humidity with natural hygroscopic salt excretions. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., t. 120, nr 45, s. e2313134120, lis. 2023. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2313134120
• [4] F. Yuan, B. Leng, i B. Wang, Progress in Studying Salt Secretion from the Salt Glands in Recretohalophytes: How Do Plants Secrete Salt? Front. Plant Sci., t. 7, cze. 2016. DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00977
• [5] J. Wierzchos, C. Ascaso, C.P. McKay, Endolithic Cyanobacteria in Halite Rocks from the Hyperarid Core of the Atacama Desert, Astrobiology, t. 6, nr 3, s. 415-422, cze. 2006. DOI: https://doi.org/10.1089/ast.2006.6.415
• [6] J. Jänchen, N. Feyh, U. Szewzyk, J.-P.P. De Vera, Provision of water by halite deliquescence for Nostoc commune biofilms under Mars relevant surface conditions. International Journal of Astrobiology, t. 15, nr 2, s. 107-118, kwi.2016. DOI: https://doi.org/10.1017/S147355041500018X
• [7] D. Ahmad, I. Van Den Boogaert, J. Miller, R. Presswell, H. Jouhara, Hydrophilic and hydrophobic materials and their applications. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, t. 40, nr 22, s. 2686-2725, lis. 2018. DOI: https://doi.org/10.1080/15567036.2018.1511642
• [8] O.P. Murphy, M. Vashishtha, P. Palanisamy, K.V. Kumar, A Review on the Adsorption Isotherms and Design Calculations for the Optimization of Adsorbent Mass and Contact Time. ACS Omega, t. 8, nr 20, s. 17407-17430, maj 2023. DOI: https://doi.org/10.1021/acsomega.2c08155
• [9] S. Brunauer, P.H. Emmett, E. Teller, Adsorption of Gases in Multimolecular Layers. J. Am. Chem. Soc., t. 60, nr 2, s. 309-319, luty 1938. DOI: https://doi.org/10.1021/ja01269a023
• [10] M.C. Foster, G.E. Ewing, Adsorption of water on the NaCl(001) surface. II. An infrared study at ambient temperatures. The Journal of Chemical Physics, t. 112, nr 15, s. 6817-6826, kwi. 2000. DOI: https://doi.org/10.1063/1.481256
• [11] Z. Zhang, G.E. Ewing, Attenuated Partial Internal Reflection Infrared Spectroscopy. Anal. Chem., t. 74, nr 11, s. 2578-2583, cze. 2002. DOI: https://doi.org/10.1021/ac011288t
• [12] L. Yang i in., Nanoscopic characterization of the water vapor-salt interfacial layer reveals a unique biphasic adsorption process. Sci. Rep., t. 6, nr 1, s. 31688, sie. 2016. DOI: https://doi.org/10.1038/srep31688
• [13] J. Richard Adams, A.R. Merz, Hygroscopicity of Fertilizer Materials and Mixtures. Ind. Eng. Chem., t. 21, nr 4, s. 305-307, kwi. 1929. DOI: https://doi.org/10.1021/ie50232a003
• [14] D.J. Dai, S.J. Peters, G.E. Ewing, Water Adsorption and Dissociation on NaCl Surfaces. J. Phys. Chem., t. 99, nr 25, s. 10299-10304, cze. 1995. DOI: https://doi.org/10.1021/j100025a035
• [15] Q. Dai, J. Hu, M. Salmeron, Adsorption of Water on NaCl (100) Surfaces: Role of Atomic Steps. J. Phys. Chem. B, t. 101, nr 11, s. 1994-1998, mar. 1997. DOI: https://doi.org/10.1021/jp9625772
• [16] X. Li, L. Liu, J. Zhao, J. Tan, Optical Properties of Sodium Chloride Solution within the Spectral Range from 300 to 2500 nm at Room Temperature. Appl. Spectrosc., t. 69, nr 5, s. 635-640, maj 2015. DOI: https://doi.org/10.1366/14-07769R
• [17] R.A. Lad, Adsorption of water on sodium chloride: The effect of prior exposure to hydrogen chloride, carbon dioxide and water vapor. Surface Science, t. 12, nr 1, s. 37-45, wrz. 1968. DOI: https://doi.org/10.1016/0039-6028(68)90005-8
• [18] M. Yeşilbaş, J.-F. Boily, Particle Size Controls on Water Adsorption and Condensation Regimes at Mineral Surfaces. Sci. Rep., t. 6, nr 1, s. 32136, sie. 2016. DOI: https://doi.org/10.1038/srep32136
• [19] O.S. Heavens, Optical properties of thin films. Rep. Prog. Phys., t. 23, nr 1, s. 1-65, sty. 1960. DOI: https://doi.org/10.1088/0034-4885/23/1/301
• [20] L.G. Shapiro, G.C. Stockman, Computer vision. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2001.
• [21] L. Liu, J. Chen, P. Fieguth, G. Zhao, R. Chellappa, M. Pietikäinen, From BoW to CNN: Two Decades of Texture Representation for Texture Classification. Int. J. Comput. Vis., t. 127, nr 1, s. 74-109, sty. 2019. DOI: https://doi.org/10.1007/s11263-018-1125-z
• [22] R. . Haralick, K. Shanmugam, I. Dinstein, Textural Features for Image Classification. IEEE Trans. Syst., Man, Cybern., t. SMC-3, nr 6, s. 610-621, lis. 1973. DOI: https://doi.org/10.1109/TSMC.1973.4309314
• [23] X. Liu, C. Aldrich, Deep Learning Approaches to Image Texture Analysis in Material Processing. Metals, t. 12, nr 2, s. 355, luty 2022. DOI: https://doi.org/10.3390/met12020355
• [24] C.C. Aggarwal, Outlier analysis. Second edition. Cham: Springer, 2017. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-47578-3

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).