ثلاثي الأبعاد السرعة بواسطة الجسيمات تتبع للتطبيقات الاضطراب: حالة من تدفق جت

تتمثل أهداف هذه التجربة في إعداد وتحسين نظام قياس سرعة تتبع الجسيمات لتطبيقات الاضطراب واستخدامه لدراسة التدفق النفاث. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال الاضطراب باستخدام وصف لاغرانج للتدفق. الميزة الرئيسية لهذه التقنيات هي قدرتها على تتبع مجموعة كبيرة من الجسيمات في الزمان والمكان.

على الرغم من أن هذه الطريقة يمكن أن توفر نظرة ثاقبة للاضطراب والإطار المرجعي اللاغرانج ، إلا أنه يمكن تطبيقها على تطبيقات أخرى مثل التقاط الحركة أو تتبع الحركة. الإعداد لهذه التجربة مخصص لدراسة مجال التدفق الوسيط لنفاثة الأنابيب. يحتوي هذا الخزان المملوء بالماء بداخله على مجرى لإنشاء نفاثة بقطر سنتيمتر واحد.

يوفر هذا التخطيطي نظرة عامة على الإعداد قبل إضافة معدات لقياس سرعة تتبع الجسيمات ثلاثية الأبعاد. للتحضير لتتبع الجسيمات ، حدد منطقة الدراسة ، حجم الاستجواب. في هذه التجربة ، هو مكعب ووجوه موازية لوجوه الحجم الأكبر وأقرب نقطة له على بعد 15 سم من نهاية المجهر.

بمجرد اختيار حجم الاستجواب ، ابدأ بوضع المرآة الأساسية. المرآة على شكل هرم ومثبتة على عمود تثبيت عمودي على طول جانب خزان التجربة. حرك المرآة على طول العمود لتسويتها مع مركز حجم الاستجواب ثم ثبتها في مكانها.

بعد ذلك ، قم بتركيب الكاميرا خلف المرآة الأساسية. اضبط مركز صورة الكاميرا ليكون متزامنا مع مركز المرآة الأساسية. الآن ، انتقل إلى الكمبيوتر للتحقق من اتصاله بالكاميرا.

تابع من خلال إعداد الواجهة بين الكاميرا وبرنامج التسجيل. ابدأ بعرض الكاميرا للمرآة الأساسية والمناطق المحيطة بها. استخدم إعداد منطقة الاهتمام الخاصة بالبرنامج لضبط عرض وارتفاع عرض الكاميرا لتغطية المرآة الأساسية فقط.

الخطوة التالية هي وضع هدف معايرة في الخزان لإعداد المرايا الثانوية. تم تصميم هذا الهدف خصيصا ليشمل حجم الاستجواب بالكامل. الهدف له نقاط مستهدفة قطرها ملليمتر واحد للمعايرة.

أولا ، ضع منصة ارتفاع قابلة للتعديل في الخزان لدعم الهدف. ضع هدف المعايرة على المنصة ووجهه لمواجهة الكاميرا. اضبط ارتفاع المنصة بحيث يتناسب مع مركز هدف المعايرة مع مركز حجم المعايرة.

تابع من خلال إكمال مقسم الرؤية الأربعة. اضبط موضع المرآة الأساسية بحيث تلتقط حجم الاستجواب الكامل. يتم تثبيت المرايا الثانوية على أعمدة تثبيت رأسية على جانبي المرآة الأساسية.

قم بتركيب كل مرآة ثانوية بحيث تتم محاذاتها تقريبا مع عرض الكاميرا من أقرب جانب من المرآة الأساسية. قم بتثبيت المرآة الثانوية في مكانها. يجب أن يكون الترتيب النهائي متماثلا هندسيا فيما يتعلق بالمرآة الأولية.

استخدم مؤشر ليزر ووجهه إلى المرآة بدوره لتصور مسار الصورة. قم بإجراء التعديلات النهائية على المرآة الثانوية باستخدام مسار الشعاع كدليل بحيث يشمل العرض هدف المعايرة بالكامل. كرر تصور مسار الصورة وقم بإجراء تعديلات لكل من المرايا الثانوية المتبقية.

بعد ضبط جميع المرايا ، راقب الصور الفرعية لعرض الكاميرا. في الكمبيوتر ، راقب عرض الكاميرا للصور. في مقسم العرض، حرك إحدى المرايا الثانوية للتحقق من تداخل الصورة الفرعية.

إذا تغيرت طريقة عرض واحدة فقط مع تحرك المرآة ، فهناك تداخل ضئيل. مع وجود الفاصل رباعي الاتجاهات في مكانه ، قم بإيقاف تشغيل الكاميرا وانتقل إلى العمل مع الإضاءة. ضع مصادر الضوء المواجهة مباشرة لحجم الاستجواب من الأعلى.

في هذه التجربة ، يتم وضع عدسة مكبرة في موضعها مباشرة أسفل مصادر الضوء لتعزيز شدة الضوء. قم بتشغيل مصادر الضوء وتحقق بصريا من توزيع الضوء بشكل موحد على حجم الاستجواب بالكامل. ابدأ في تحسين الإعداد من خلال العودة إلى العمل باستخدام الكاميرا.

اضبط تركيز العدسة حتى يتم التركيز بشكل متساو على الانعكاس عبر المرآة الأساسية في جميع طرق العرض الأربعة للمرايا الثانوية. تأكد من أن الصور من مقسم العرض متماثلة وتظهر حجم الاستجواب. انتقل لضبط f-stop لتتمكن من التقاط أقرب وأبعد نقطة على هدف المعايرة.

ستلتقط الكاميرا فقط جزيئات التتبع في حجم الاستجواب. في هذه المرحلة ، انتقل إلى برنامج التسجيل. اضبط معدل الإطارات المطلوب.

يتم استخدام 550 هرتز لهذه التجربة. ثم قم بتعظيم حساسية الضوء وفقا لمعدل الإطارات المختار. الآن ، استعد لالتقاط صور معايرة لهدف المعايرة.

قم بتوصيل مصباح يدوي LED بالخزان فوق الهدف مباشرة للإضاءة. التقط عدة صور للهدف عبر مقسم العرض الأربعة لخطوات المعايرة اللاحقة. عند الانتهاء ، قم بإزالة هدف المعايرة وحامل الدعم والضوء من أجل البدء في ضبط الإضاءة.

قم بإعداد كمية صغيرة من جزيئات البذر لتحسين الإضاءة. احصل على دورق صغير يحتوي على الماء وأضف جزيئات البذر إليه. انتظر حتى تنتشر الجسيمات.

الجسيمات عبارة عن كرات خزفية مجوفة مطلية بالفضة بحجم 100 ميكرومتر. صب الخليط في الخزان للمساعدة في تحسين الإضاءة وإعدادات الكاميرا. استمر في إطفاء أضواء الغرفة وتشغيل مصادر الضوء.

على الكمبيوتر، راقب عرض الكاميرا الحية للمرآة الأساسية وتحقق من الإضاءة في كل عرض من خلال ملاحظة اختلاف كثافة الجسيمات بين المشاهدات. تتسبب الهندسة في هذه التجربة في تلقي المرايا العلوية لضوء أقل. في الإعداد ، قم بمعالجة ذلك عن طريق إضافة مرآة مسطحة أسفل مصدر الضوء في الجزء السفلي من الخزان.

تحت مصادر الضوء ، تساعد هذه الإضافة في تقليل التباين عبر العرض. في الكاميرا ، اضبط مستويات الكسب والأسود في حدود حوالي صفر إلى 500. الهدف هو التقاط تشتت الضوء بشكل أفضل من الجسيمات.

في هذا التسلسل ، تتم مقارنة ثلاث صور ثابتة تستخدم مستويات مختلفة من الكسب والأسود. تم استخدام إعداد كسب 300 وإعداد أسود 500 في هذه التجربة. قم بإيقاف تشغيل مصادر الإضاءة وتشغيل إضاءة الغرفة.

في الكمبيوتر ، افتح برنامجا لقياس سرعة تتبع الجسيمات. الفكرة هي تحميل إحدى صور المعايرة التي تم التقاطها مسبقا. استخدم البرنامج لتقسيم هذه الصورة إلى أربع صور فرعية مستقلة تتوافق مع طرق عرض المرآة الثانوية المختلفة.

احفظ كل صورة من هذه الصور الفرعية في ملف مختلف. سيتم استخدام كل صورة كما لو كانت من كاميرا منفصلة. تابع خطوات المعايرة باستخدام بيانات الإحداثيات والخطوات لكاميرات متعددة.

استعد لجمع البيانات عن طريق تشغيل مصادر ضوء قياس السرعة. بعد ذلك ، احصل على جزيئات البذر وأضفها إلى الخزان. انتظر حتى يتطور تدفق الحالة المستقرة في النظام.

مع إطفاء أضواء الغرفة ، راقب عرض الكاميرا للتحقق من كثافة بذر الجسيمات الصحيحة كما في هذا الفيديو البطيء للتدفق النفاث. عند الرضا، سجل العدد المطلوب من صور التدفق. بعد جمع البيانات ، ابدأ معالجة البيانات عن طريق تقسيم الصور التي تم جمعها إلى أربع صور فرعية وتخزينها.

بعد القيام بذلك ، تظهر شاشة PTV المفتوحة مع خيارات القائمة في الجزء العلوي وشاشة عرض مختلفة للكاميرا على اليمين. انتقل إلى علامة التبويب "ابدأ" في عناصر القائمة وانقر للكشف عن الخيارات. انقر فوق إعادة تشغيل الصورة لتحميل طرق عرض الكاميرا الأربعة للصورة الأولية الأولى في البيانات.

حرك مؤشر الماوس إلى دليل التشغيل وانقر فوقه. من هناك انقر فوق المعلمات الرئيسية. في النافذة الجديدة ، انتقل إلى علامة التبويب عام.

أدخل عدد الكاميرات ، في هذه الحالة أربعة. استمر في إدخال المعلمات ضمن علامات التبويب الأخرى. عند الانتهاء ، حرك الماوس للنقر فوق عنصر قائمة المعالجة المسبقة.

هناك انقر فوق مرشح التمرير العالي. والنتيجة هي تكثيف تشتت الضوء في الصور الأربع. أيضا ضمن عنصر قائمة المعالجة المسبقة ، ابحث عن اكتشاف الجسيمات وانقر فوقه لتحديد النقطة الوسطى لكل جسيم تم اكتشافه.

ثم مرة أخرى ضمن عنصر قائمة ما قبل العملية ، انقر فوق المراسلات لإنشاء مراسلات مجسمة بعد ذلك ، انتقل إلى عنصر قائمة المواضع ثلاثية الأبعاد. تحته حدد مواضع ثلاثية الأبعاد لتحديد الموضع ثلاثي الأبعاد للجسيمات المكتشفة بناء على المعايرة.

ضمن عنصر قائمة التسلسل، ابحث عن التسلسل بدون عرض وانقر فوقه لتكرار خطوات المعالجة المسبقة لجميع تسلسلات الصور المجمعة. الآن ، أدخل المعلمات التي سيتم استخدامها لتحديد الجسيمات للتتبع. تابع عن طريق تحديد عنصر قائمة التتبع.

من هناك اختر التتبع بدون عرض لربط الإطارات المجاورة. واختر الجسيمات المكتشفة لتصور الجسيمات المعاد بناؤها ثلاثية الأبعاد. عند اكتمال التتبع، انتقل إلى عنصر قائمة التتبع وحدده.

انقر فوق إظهار المسارات لتصور المسارات في كل عرض للكاميرا. يحتوي كل عرض من مشاهدات الكاميرا الآن على مسارات الجسيمات المصورة. بالإضافة إلى ذلك ، تم إنشاء ملف بيانات للمعالجة اللاحقة.

هذه عينة من ثلاثة مسارات جسيمات تمثيلية في منطقة المجال الوسيط حول المستوى عند 16 ضعف قطر نفاثة الأنبوب. عندما تكون المسافة من قلب النفاثة صغيرة ، يتم ملاحظة مسارات أطول في الفاصل الزمني لمدة ثانية واحدة من هذه البيانات. مع زيادة المسافة من قلب النفاثة ، ينخفض طول المسار.

عند ثلاثة أضعاف قطر الأنبوب النفاث ، تظهر جزيئات التتبع مسارات قصيرة ومعقدة. فيما يلي جميع مسارات الجسيمات التي أعيد بناؤها بنجاح والتي تعبر نفس المستوى. يتراوح توزيع السرعات من صفر إلى 60٪ من سرعة خروج الطائرة.

السرعات المنخفضة في النطاق الأزرق للطيف والسرعات العالية في النطاق الأحمر. يكشف التحليل أن الجسيمات القريبة من قلب النفاثة تظهر مسارات أكثر سلاسة. يسمح تتبع الجسيمات بحساب الانحناء على طول مسار الجسيمات.

هذا مخطط لمتوسط الانحناء مضروبا في قطر نفاثة الأنبوب مقابل المسافة الشعاعية المتدرجة لطائرتين. أحدهما عند 16 والآخر عند 17 قطرا نفاثا للأنبوب. كلاهما يزداد بشكل رتيب ولكن المستوى البعيد عن مخرج الأنبوب له انحناء متوسط منخفض خارج قلب النفاثة.

يوفر هذا المخطط معلومات عن متوسط توزيع السرعة المتيار للنفاثات في أقطار نفاثة الأنابيب البالغ عددها 16 طائرة خارج مخرج الأنبوب. بمجرد إتقان هذه التقنية ، يمكن القيام بها في ست ساعات إذا تم إجراؤها بشكل صحيح باستثناء وقت المعالجة باستخدام البرنامج. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر أن يكون لديك إضاءة موحدة وإعدادات الكاميرا الصحيحة وكمية كافية من جزيئات البذر.

بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إعداد مقسم العرض ، وتجميع مصدر الضوء ، والتحكم في معلمات الكاميرا وتحسين نظام PTV. بعد تطويرها ، مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في مجال الاضطراب لاستكشاف الدراسات التجريبية في ديناميكيات تدفق لاغرانج.