同步 X 射线 多投影成像 (XMPI)：用于多相流高分辨 4D 表征
流体动力学
2026-02-04 v2 软凝聚态物质
摘要
多相流其中颗粒、气泡或滴液悬浮在流体中，支配着 biology、medicine、materials processing 和 geophysics 中的关键过程。然而，观察不透明系统中微尺度动力学一直是 fundamental 的挑战。我们提出同步 X 射线 多投影成像 (XMPI)，一种 novel 方法，使能够在不要求 sample rotation 的情况下对密集悬浮液中的微粒进行四维 (3D+time) 跟踪。通过在同步设施中捕获来自多个角度的 simultaneous projections 使用 beam-split X 射线，我们在不透明流体中（如血液）解析瞬时粒子位置和轨迹。我们通过稀疏条件下的 individual particle tracking velocimetry (3D PTV) 以及稠密悬浮液中的 multi-projection optical flow analysis 展示了 XMPI 的潜力。该方法为 particle-resolved 计算流体动力学模型提供了 otherwise inaccessible 的实验验证，允许例如观察惯性聚焦效应和与悬浮黏度相关的微观结构动力学。本工作为跨越广泛科学和工业应用的高分辨、时分辨 4D 成像铺平了道路。将 XMPI 与最新的 AI 支持 4D 重建算法结合，开启了面向高速、无旋转微型断层扫描的新的时空前沿。
引用
@article{arxiv.2412.09368,
title = {Synchrotron X-Ray Multi-Projection Imaging (XMPI) for High-Resolution 4D Characterization of Multiphase Flows},
author = {Tomas Rosén and Zisheng Yao and Jonas Tejbo and Patrick Wegele and Julia K. Rogalinski and Frida Nilsson and Kannara Mom and Zhe Hu and Samuel A. McDonald and Kim Nygård and Andrea Mazzolari and Alexander Groetsch and Korneliya Gordeyeva and L. Daniel Söderberg and Fredrik Lundell and Lisa Prahl Wittberg and Eleni Myrto Asimakopoulou and Pablo Villanueva-Perez},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.09368},
year = {2026}
}