Methodenartikel

Dreidimensionale Particle Tracking Velocimetry für Turbulence Anwendungen: Fall eines Jet Fluss

DOI:

10.3791/53745

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27. Februar 2016

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1Department of Mechanical Science and Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign, 2School of Mechanical Engineering, Tel Aviv University, 3Department of Civil and Environmental Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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Eine dreidimensionale Particle Tracking Velocimetry (3D-PTV-System) auf der Basis einer Hochgeschwindigkeitskamera mit einem Vier-view Teiler wird hier beschrieben. Die Technik wird in der Nähe von zehn Durchmessern stromabwärts bei Reynolds - Zahl Re ≈ 7,000 auf einen Strahlstrom von einem kreisförmigen Rohr aufgebracht.

Zusammenfassung

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3D-PTV ist eine quantitative Durchflussmesstechnik, die die Lagrangian Pfade eines Satzes von Teilchen, die in drei Dimensionen unter Verwendung von stereoskopischen Aufzeichnung von Bildsequenzen zu verfolgen soll. Die grundlegenden Komponenten, Funktionen, Einschränkungen und Tipps zur Optimierung eines 3D-PTV-Topologie, bestehend aus einer Hochgeschwindigkeitskamera mit einem Vier-View-Splitter werden beschrieben und in diesem Artikel beschrieben. Die Technik ist mit dem Zwischenströmungsfeld angelegt (5 <x / d <25) eines kreisförmigen Strahles am Re ≈ 7.000. Lagrangian Strömungsmerkmale und Turbulenz Mengen in einem Eulerian Rahmen sind um zehn Durchmessern geschätzt nach dem Strahl Ursprung und an verschiedenen radialen Abständen von der Düsenkern. Lagrangian Eigenschaften umfassen Trajektorie, die Geschwindigkeit und Beschleunigung der ausgewählten Partikel sowie Krümmung des Strömungsweges, der von der Frenet-Serret Gleichung erhalten werden. Die Einschätzung der 3D-Geschwindigkeit und Turbulenz Felder rund um die Strahlkernachse in einer Querebene in zehn gelegenDurchmesser des Strahls stromabwärts mit der Literatur, und das Leistungsspektrum der großen Strömungsgeschwindigkeitsbewegungen an verschiedenen radialen Abständen von der Strahlkern verglichen.

Einleitung

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Turbulente Strahlströme sind allgegenwärtig in technischen Anwendungen. Detaillierte Charakterisierung solcher Ströme ist entscheidend in einem breiten Spektrum von praktischen Problemen die sich vom großen Umweltentladungssysteme elektronische Mikromaßstab Geräte. 4 - Wegen seiner Auswirkungen auf eine Reihe von breiten Anwendungen, Strahlströme sind in der Tiefe 1 untersucht worden. Mehrere experimentelle Techniken, 4 einschließlich Hitzdrahtanemometrie - 8, Laser - Doppler - Anemometrie (LDA) 4, 9 - 12 und Particle Image Velocimetry (PIV) <....

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Protokoll

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1. Laborsicherheit

  1. Überprüfen Sie die Sicherheitsrichtlinien der ausgewählten Beleuchtungsquelle (zB Laser, Industrie - LED, Halogen).
    Hinweis: In diesem Experiment wurde ein Satz von fünf 250 Watt Halogenstrahler als Beleuchtung verwendet. Grundlegende Sicherheits- und Empfehlung Aspekte für diese Lichtquelle werden wie folgt beschrieben.
    1. Vermeiden Sie direkten Kontakt mit Halogenleuchten, die bei hohen Temperaturen (~ 3000 K Farbtemperatur) betrieben werden.
    2. Halten Sie das Licht nur, wenn der Datenerfassung zu vermeiden, dass die Strömung unter Berücksichtigung erhitzt wird.
    3. Fernhalten alle brennbaren Material....

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Ergebnisse

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Ein Foto und eine schematische Darstellung der Einrichtung sind in den Abbildungen 1 und 2 dargestellt. Das Kalibrierungsziel reflektierten Bezugsmarkierungen auf der Ansicht Eiler und 3D Kalibrierungs Rekonstruktion dargestellt sind in Figur 3. Die RMS der anerkannten Kalibrierungsziele beträgt 7,3 & mgr; m, 5,7 & mgr; m und 141,7 & mgr; m in der Strömungsrichtung x, y Spannweiten und Tiefe .......

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Diskussion

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3D-PTV hat ein großes Potenzial , die komplexe Physik von einer Vielzahl von turbulenten Strömungen wie groß angelegte turbulenten Bewegungen in der unteren Atmosphäre 25, Raumluftverteilung 26 oder pulsierender Strömungen in Aorten - Topologie 28 unter vielen anderen zu entwirren. ein Verständnis der Vorteile und Einschränkungen jedoch sowie Erfahrung ist wichtig, das Potential zu maximieren. Versuch und Irrtum Vorversuche und erschöpfende Iterationen für optimale Einstellungen, e.......

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Offenlegungen

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Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interesse haben.

Danksagungen

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Diese Arbeit wurde von der Abteilung für Mechanische Science and Engineering, University of Illinois in Urbana-Champaign, im Rahmen des Start-up-Paket von Leonardo P. Chamorro unterstützt.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Mikrotron 4CXP 4 Lanes CXP-6 CoaXPressImageOpsCAMMC4082High-speed Kamera
Active Silicon FireBird CoaX Frame GrabberImageOpsFBD-4XCXP6Frame Grabber
100 μ m silberbeschichtete KeramikhohlkugelnPotters Industries LLCAG-SL150-30-TRDSeeding Paritcles
StreamPix6Upstate Technical Equipment CO.,INCMISNOR-STP-6-S-CLKameraanwendung
Vier-Ansicht-SplitterPhotrack AGKundenspezifisches Teil und notwendig, wenn 3D-PTV mit einer Kamera durchgeführt
wird 250 Watt Scheinwerfer HalogenGeneral Electrics23719Lichtquelle
OpenPTV (Software)OpenPTV (http://www.openptv.net)Open-Source-Software zur Partikelverfolgung (Hinweis: als Service für jeden verfügbar, der sie ohne all das Installationschaos oder Probleme mit der Verfügbarkeit der Computerleistung nutzen möchte).

Referenzen

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  1. Wygnanski, I., Fiedler, H. Some measurements in the self preserving jet. , Cambridge university press. (1968).
  2. Rajaratnam, N. Turbulent jets. , Elsevier. (1976).
  3. Panchapakesan, N., Lumley, J.

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Schlagwörter

Jetstrahl AnalyseLagrange sche Str mungsbeschreibungHochgeschwindigkeitskamera SetupVier Ansichten SplitterKalibrierung des Interrogationsvolumensstereoskopische KorrespondenzPartikelbahnanalyse

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