تتبع الجسيمات لاغرانجي القائم على الصورة في التجارب السرير تحميل

الهدف العام من هذا الإجراء هو قياس مسارات الجسيمات الفردية المنقولة بواسطة التدفق كحمل سرير على مساحة كبيرة من المراقبة لتجنب التحيز التجريبي المتعلق بالحد الأقصى لطول المسارات القابلة للقياس. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في ميكانيكا نقل حمولة السرير لأنها توفر معلومات مفصلة حول حركة الجسيم وأحداث الراحة. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنه يمكن تتبع الجسيمات المنقولة لمسافات طويلة ، مما يتيح ملاحظة الفحوصات الطويلة.

خطرنا لأول مرة فكرة هذه الطريقة أثناء تحليل البيانات من التجارب السابقة ، عندما أدركنا أنه يمكن نقل الجسيمات لمسافات أطول فيما يتعلق بنوافذ المراقبة. أولا ، قم بإعداد مجموعة من الألواح الفولاذية المغطاة بطبقة من جزيئات الرواسب ذات الأهمية. قم بتغطية سطح الرواسب بطلاء أسود مقاوم للماء.

بعد ذلك ، ضع دعامات PVC في الجزء السفلي من المجرى وضع الألواح على الدعامات. اضبط موضع اللوحة حسب الحاجة للتأكد من أن قاع الرواسب مستمر. ثم قم بتغطية القناة بأغطية أكريليك شفافة.

اضبط المسيل على المنحدر المطلوب. ثم قم بتشغيل مضخة المجرى واملأ القناة بالماء. اضبط معدل التدفق باستخدام صمام التنظيم.

اضبط ارتفاع رأس الضغط على أعلى قليلا من أغطية القناة باستخدام منظم الماء الخلفي. تأكد من تغطية التدفق دون ممارسة قوة كبيرة على الأغطية. تحقق من معدل التدفق وارتفاع رأس الضغط كل 15 دقيقة حتى يصبح التغيير بين القياسات صغيرا ، مما يشير إلى تدفق مستقر.

بعد ذلك ، قم بتركيب ملف تعريف السرعة بالموجات فوق الصوتية في حامل بميل محدد مسبقا. ضع جل الموجات فوق الصوتية على طرف المسبار. ضع المسبار فوق غطاء المسيل مع ذيل المسبار باتجاه مدخل القناة.

الوضع الصحيح لهلام الفحص أمرا بالغ الأهمية للحصول على ملامح سرعة جيدة لتوصيف الظروف الهيدروديناميكية للخلفية. قم بتوصيل المسبار بوحدة الاستحواذ وقم بتكوين الأداة لملفات تعريف السرعة الفورية. احصل على العدد المطلوب من ملفات تعريف السرعة.

بعد ذلك ، اعكس موضع المسبار واحصل على مجموعة أخرى من ملفات تعريف السرعة. احصل على ملامح السرعة بهذه الطريقة لكل موقع قياس على المجيل. بعد ذلك ، احسب متوسط قيمة السرعة لكل موقع وحدد مكونات السرعة الرأسية والرأسية.

اضبط القيم وفقا للوسيط الذي يمر عبره الشعاع الصوتي. حدد نطاق من الارتفاعات التي يظهر عندها ملف تعريف مكون السرعة المتيار اتجاها خطيا في مخطط شبه لوغاريتمي. قم بملاءمة المنحنى مع معادلة لوغاريتمية وتقدير سرعة القص.

لبدء التجربة ، اضبط معدل الإطارات والدقة لكاميرتين للحركة على المعلمات المطلوبة. قم بتركيب الكاميرات على الجدران الجانبية للأغطية المواجهة لقاع القناة بالقرب من بعضها البعض بما يكفي بحيث يتداخل التركيز على المناطق. تأكد من أن المجرى مميز بنقاط مرجعية مرئية للمسافات المعروفة.

سجل مقطع فيديو قصيرا بكل كاميرا. بناء على التسجيلات، اضبط مواضع الكاميرا واتجاهاتها للتأكد من أن القناة في الإطار وتداخل مناطق التركيز البؤري. تحقق من استقرار التدفق عبر القناة.

بعد ذلك ، ابدأ ببطء في تغذية الجسيمات ذات الأهمية يدويا في مدخل المجيل بمعدل جسيم واحد كل ثانيتين إلى ثلاث ثوان. نحن نغذي كمية صغيرة من الرواسب لأن وجود عدد قليل من الجسيمات في مجال الرؤية أمر مهم لتتبع الرواسب بشكل مباشر. ومع ذلك ، في التصريفات الصغيرة ، قد تكون بعض الجسيمات عالقة في منطقة التركيز البؤري.

ابدأ التسجيل باستخدام كلتا كاميرتي الفيديو. قم بإطفاء أضواء الغرفة لإنشاء علامة لمزامنة الكاميرا لاحقا. حافظ على مستوى إضاءة ثابت طوال التجربة.

استمر في تغذية الجزيئات في المسيل لمدة التجربة المطلوبة. بعد ذلك ، أوقف الكاميرات وقم بإزالة الجسيمات المحاصرة من قاع الرواسب. كرر التجربة في ظل ظروف هيدروديناميكية أخرى حسب الحاجة.

لبدء معالجة الصور المستخرجة من مقاطع الفيديو ، قم أولا بتطبيق تحويل شعاعي على إحداثيات البكسل بحيث تظهر أضلاع المسيل كخطوط مستقيمة. حدد التحويل وعامل التحويل من البكسل إلى المسافة بناء على ارتفاع السرير والعلامات المرجعية للمسافات المعروفة. بعد ذلك ، قم بإنشاء تسلسل صور جديد في برنامج تحليل صور تدفق السوائل.

املأ الفاصل الزمني بين الإطارات وعامل تحويل البكسل إلى المسافة لتسلسل الصورة. حدد الملفات ذات الأهمية وقم بتشغيل العملية. قم بإنشاء خرائط شدة لمجموعة عشوائية من صور الجسيمات من التسلسل.

تحديد قيمة عتبة مناسبة لشدة الجسيمات ذات الاهتمام. ثم قم بإنشاء خط أنابيب عامل تصفية للتسلسل. اضبط الفلتر على إزالة الخلفية.

قم بإنشاء خوارزمية جديدة لتحديد الجسيمات باستخدام عتبة واحدة. املأ شدة الجسيمات وعتبات القطر. أضف عمليات تحديد الجسيمات إلى مسار عامل التصفية ثم قم بتنفيذ العمليات.

بمجرد انتهاء التصفية، افتح طريقة عرض الصورة لسجل الجسيمات الذي تم إنشاؤه حديثا. قم بالتمرير عبر الإطارات ولاحظ إزاحة الجسيمات بين الصور. بعد ذلك، قم بإنشاء مسار تحليل PTV جديد.

أنشئ تحليلا جديدا واختر المسافة في علامة التبويب التكاليف. املأ موضع نافذة البحث وأبعاده. أضف العملية الجديدة إلى البنية الأساسية لبرنامج ربط العمليات التجارية وقم بتنفيذ العملية.

استخدم إعادة توصيل المسار لإصلاح أي انقطاعات في سجلات الجسيمات الفردية. كرر هذه العملية لتسجيل الكاميرا الثانية. بعد ذلك، في وحدة معالجة الصور المتخصصة، حدد ملف المسار لكلتا الكاميرتين وانقر فوق البحث عن خصائص المسار.

قارن الصور من كاميرات المنبع وكاميرات المصب لتحديد التحول الإحداثي بين الكاميرات. املأ إزاحة الإحداثيات لكاميرا المصب وانقر فوق جعل النظام المرجعي موحدا. املأ حدود منطقة التداخل بين الصور.

قم بإزالة جميع المسارات الأصغر من طول المنطقة المتداخلة. ادمج قواعد بيانات تتبع الجسيمات واملأ تفاوتات التداخل. ثم انضم إلى المسارات.

بمجرد اكتمال العملية ، احفظ النتائج ثم قم بتحليل بيانات المسار للتحقيق في حركية جسيمات حمل السرير. كان ملف تعريف سرعة التدفق المقاس غير متماثل ، وهو ما يعزى إلى اختلاف في الخشونة بين قاع الرواسب وغطاء القناة. تظهر كاميرات المنبع والمصب 37 و 34 مسارا ، على التوالي ، على مدار 100 ثانية.

بعد الانضمام إلى البيانات من كلتا الكاميرتين ، تم تحديد 59 مسارا في المجموع. امتد أطول مسار لنافذة المراقبة الكاملة بطول إجمالي يبلغ حوالي 1.6 متر. تم تحليل المسارات لتحديد متى كانت الجسيمات في حالة حركة أو راحة على قاع الرواسب.

سمحت مساحة المراقبة الكبيرة بتحديد القفزات الطويلة ، مع ملاحظة قفزات تصل إلى 600 ملم في ظل هذه الظروف الهيدروديناميكية. تم العثور على قفزات أقصر وأسرع تحدث في أغلب الأحيان. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إجراء تجارب نقل الرواسب لتتبع الجسيمات على مساحات واسعة.

أثناء محاولة هذا الإجراء ، تذكر التأكد من أن إضاءة التجربة جيدة على الرغم من أنه يمكن جمع الصور بعدة طرق ، بدءا من الصور عالية الجودة ، مما يبسط الكثير من العمل التالي. بعد تطويرها ، مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في مجال نقل الرواسب لاستكشاف مجموعة متنوعة من المؤشرات لتفسير العمليات والنمذجة.