قياس واحد من الاضطراب والجسيمات الكينماتيكا التدفق تقنيات التصوير باستخدام

العديد من المجالات في كل من الهندسة والعلوم الطبيعية تنطوي على مشاكل مرتبطة التفاعل الجسيمات السائل. وتوفر هذه الطريقة قياسا ضوئيا متزامنا منخفض التكلفة نسبيا وغير تدخلي لمسارات الجسيمات وسرعات التدفق. هنا نقيس سرعات تسوية جسيمات الرواسب في تدفق مضطرب، مما يتيح توصيفاً مفصلاً لمسارات الجسيمات بينما نقيس في الوقت نفسه السرعات المضطربة في نفس الموقع.

لبدء إعداد قياس حجم الصورة للجسيمات، قم بإصلاح ليزر نبض عالي الكثافة مزدوج الرأس أفقيًا على لوحة بصرية، بما يتماشى مع مرفق التدفق. ضع عدسة أسطوانية في خط مع الليزر لإنتاج طائرة 2D من الضوء الذي سيكون تحت الشبكة المتذبذبة. ثم قم بتركيب عدسة كروية بعد العدسة الأسطوانية على مسافة من شأنها أن تولد ورقة ضوئية سمكها من 5 إلى 1 ملليمتر.

بعد ذلك، ضع كاميرا CCD التعامدية على ورقة الضوء لتسجيل الصور لـ PIV. قم بتوصيل العدسة بالكاميرا، واضبطها على وضع حر ومستمر. التركيز بفظق كاميرا PIV على مرفق تدفق المضطربة.

اضبط الفتحة وموضع الكاميرا حتى تصبح الصورة أصغر من حدود ورقة الضوء المرغوبة أو بالقرب منها. ثم قم بإيقاف تشغيل الكاميرا وتشغيل الليزر عند انخفاض الكثافة. تأكد من أن ورقة الضوء متعامدة مع الأرضية، ثم ضع هدف معايرة مع وضع شبكة بدقة في وسط ورقة الضوء.

من الضروري التأكد من أن كاميرا PIV عمودية على ورقة الضوء وأن ورقة الضوء عمودية على الأرضية أو أسفل المرفق. ويؤدي عدم المحاذاة إلى إسقاطات غير صحيحة للسرعة، وبالتالي خطأ في سرعة السوائل. أوقف تشغيل الليزر وارجع الكاميرا.

ركّز الكاميرا على هدف المعايرة و التقط صورة واحدة. افتح الصورة في برنامج معالجة الصور، وتأكد من أن تباعد الصفوف والارتفاع والعمود متناسق عبر الهدف. يجب أن تختلف أحجام علامة الزاوية بمقدار بكسل واحد فقط، ومن الناحية المثالية، يجب أن تكون متطابقة.

إذا كانت الصورة تفي بهذه المعايير، قم بإزالة هدف المعايرة. تثبيت الشبكة وتشغيل المرفق. ثم أعرض عن ملعقة كبيرة مليئة جزيئات التتبع PIV إلى السائل.

انتظر حتى يتم خلط التتبعات والسوائل بشكل جيد قبل الاستمرار. ثم بدوره على الليزر وتعيينه إلى التحكم الخارجي والطاقة العالية. اطفئ المصابيح والتقاط زوج صور لتقييم كثافة التتبع.

زيادة تدريجيا تركيز التتبع من قبل ملعقة صغيرة- fulls إلى الكثافة البصرية المطلوبة. ثم قم بتعيين معدل إطار الكاميرا PIV إلى أعلى قيمة ممكنة وتعيين الوقت بين صور PIV المتتالية. تأكد من أن الليزر قد تم تكوينه بشكل مناسب.

ثم اطفئ الأنوار وجمع البيانات في الوضع الحر لبضع ثوان. الصليب ربط أزواج الصور والتأكد من أن البيانات المكتسبة من نوعية جيدة. إيقاف التذبذب الشبكة عند الانتهاء.

للبدء في إعداد تتبع الجسيمات 2D، ضع ضوء خط LED أحادي اللون تحت مرفق شبكة التذبذب بحيث يتم توسيط ورقة الضوء داخل خط LED. قم بتشغيل ضوء خط LED والليزر على طاقة منخفضة. تأكد من أن ورقة الضوء وإضاءة الخط محاذية بشكل جيد، ثم قم بإيقاف تشغيلهما.

بعد ذلك إرفاق عدسة إلى كاميرا CMOS عالية السرعة لاستخدامها لتتبع الجسيمات. قم بتشغيل الكاميرا في وضع حر مستمر أو مباشر، وركزها بالتفصيل على المنطقة ذات الاهتمام. ضبط الجسيمات تتبع الكاميرا ارتفاع الفتحة والمسافة حتى المنطقة ذات الاهتمام هو مع مجال انها من الرؤية والكاميرا هو مستوى وتعامد على ضوء الخط.

أوقف الكاميرا. قم بتشغيل ضوء الخط ووضع هدف المعايرة في وسط ضوء الخط. ثم قم بإيقاف تشغيل ضوء الخط، وقم بتشغيل الكاميرا، ثم ركّزها على الهدف.

التقط صورة لهدف المعايرة وتأكد من أن كاميرا تتبع الجسيمات هي مستوى، عمودي على الهدف وفي التركيز مع عدم وجود تشويه الصورة في الحواف. إزالة هدف المعايرة بعد ذلك. ثم تعيين عدد من الصور عالية السرعة ليتم جمعها.

استناداً إلى سرعة الجسيمات المتوقعة، تعيين معدل الإطار والقرار إلى القيم التي ينبغي تحقيق إزاحة الجسيمات من ثلاثة إلى 10 بكسل بين الصور. قم بتثبيت الشبكة، قم بتشغيل ضوء خط LED، وأغمي الغرفة. بدء التذبذب الشبكة وإدخال جزء صغير من الجسيمات من الفائدة في التدفق.

عندما تظهر الجسيمات على الكاميرا عالية السرعة، التقط بعض الإطارات. ومن المهم أن تكون مسارات الجسيمات مرئية بوضوح في الصور، مما يشير إلى أن الجسيمات تبقى في الطائرة ولا تتداخل في كثير من الأحيان. وعدم استيفاء هذه المعايير سيؤدي إلى عدم القدرة على تتبع الجسيمات بدقة.

تأكد من عدم وجود تأثيرات مدخل مرئية ، والتداخل الجسيمات غير متكرر ، والحركة الجسيمات في المقام الأول في الطائرة. وقف التذبذب عند الانتهاء. لبدء المعايرة النهائية، مع أضواء خافتة وضع هدف المعايرة داخل الورع و ورق ضوء الليزر.

إيقاف الليزر و LED وتشغيل أضواء الغرفة. تأكد من أن هدف المعايرة في التركيز داخل الكاميرا FOVs، ولها علامة فريدة مرئية لكلا الكاميرا. التقط صورة لهدف المعايرة على كلتا الكاميرتين.

لاحظ المواضع ذات الصلة من علامة فريدة من نوعها، وتأكد من أن الكاميرات لا تزال مستوى وتظهر أي تشويه حول حواف. ثم قم بإزالة هدف المعايرة، وقم بتثبيت الشبكة، وابدأ التذبذب. السماح لها تشغيل لمدة 20 دقيقة على الأقل للسماح للتدفق للوصول إلى حالة ثابتة.

ثم تغميق الغرفة، قم بتشغيل ضوء خط LED، وإدخال الجسيمات في التدفق. في وقت واحد بدء نبضات الليزر واقتناء الصور لكلا النظامين عندما تظهر الجسيمات في كاميرا تتبع الجسيمات FOV. عند الانتهاء من الحصول على البيانات، حفظ الصور ووقف التذبذب الشبكة.

تحليل توزيع سرعة التدفق ومسارات الجسيمات. ويمكن معالجة صور PIV إلى سرعة السوائل الفورية وتوزيعات الدوامة. هنا يتم تراكب توزيع متجه سرعة السائل على خريطة لون الدوامة.

مع هذا الإعداد، ينبغي أن يزيد حجم الوسط المكاني للجذور متوسط سرعة السائل التربيعية على حقل الرؤية PIV مع تردد التذبذب لكل من مكونات السرعة الأفقية والرأسية. يمكن تحديد مسارات الجسيمات والسرعات من صور تتبع الجسيمات عالية السرعة. وينبغي أن يكون توزيع السرعات الجسيمية تقريبا غاوسي.

هنا أكبر شكل غير منتظم الجسيمات أظهرت عموما توزيعات سرعة الجسيمات مع انحرافات معيارية أكبر من تلك من أصغر, كروية الجسيمات. على الرغم من أن كلتا المجموعتين من الجسيمات أظهرت توزيعات ذات سرعات رأسية متوسطة أكبر وانحرافات معيارية أكبر مع زيادة معدل التذبذب الشبكي. الركود تدفق تسوية السرعات من الجسيمات الاصطناعية، والرمال الصناعية، والرمال التي تم جمعها محليا تحديد من مسارات الجسيمات الخاصة بهم اتفق جميعها تقريبا مع منحنيات ديتريش.

10- وقد استُكشف في التحليل اللاحق ميل الجزيئات التي تُسوي السرعات إلى الزيادة مع تردد التذبذب الشبكي. إن القياس البصري المتزامن لكل من حركية الجسيمات وديناميات السوائل، وخاصة الاضطراب، يشكل تحدياً بسبب احتمال التداخل بين تقنيتي التصوير، مما يؤدي إلى عدم دقة القياس. التدفقات التي هي بقوة ثلاثي الأبعاد ليست مناسبة تماما لهذه التقنية، لأن الخروج من حركات الطائرة سوف تنتج أخطاء في كل من تتبع 2D وتحليل القياس velocimetry الجسيمات.

يجب أن يكون تركيز الجسيمات المتعقبة منخفضًا نسبيًا لزيادة الثقة في أن نفس الجسيمات يتم تتبعها في صور متتالية. أيضا، يجب أن تكون أجهزة تتبع PIV والجسيمات التي يتم تعقبها مختلفة بما فيه الكفاية في الحجم لتمييزها. يعتمد تكامل معلومات سرعة التدفق مع مسار الجسيمات على ما يجري التحقيق فيه.

على سبيل المثال، يمكن لهذه الطريقة أيضاً فحص سرعات التدفق في حالات محددة في الوقت على طول مسار الجسيم. وقد تم إثبات هذه التقنية مع نقل الرواسب، وهو تطبيق لعلوم الحركة ولكنه وثيق الصلة في العديد من التطبيقات حيث يتفاعل تدفق السوائل مع الجسيمات الطبيعية أو الاصطناعية.