Visualisation du champ de flux autour d'un pipeline vibrant dans un trou d'équilibre

Ce protocole expérimental est de visualiser les champs d’écoulement des détails et la part proche des limites dans les contraintes normales dans un trou d’affouillement d’équilibre induit par un pipeline vibrant forcé. Le principal avantage de cette technique de mesure est sa capacité à obtenir simultanément la dynamique des pipelines, les champs d’écoulement et les contraintes de débit près des limites en haute résolution. En utilisant cette technique, des études plus approfondies du champ d’écoulement bidimensionnel dans un environnement complexe peuvent être menées pour mieux comprendre le mécanisme d’affouillement.

L’expérience se déroule dans un flume de 11 mètres de long. La section transversale est carrée avec une longueur latérale de 0,6 mètres. Cette vue schématique du flume fournit des détails supplémentaires, y compris l’emplacement d’un modèle de fond marin érodable.

Le niveau de l’eau est de 0,4 mètre au-dessus du fond marin. Dans le modèle des fonds marins, utilisez du sable moyen uniformément distribué qui a été compacté et nivelé. Avoir la structure pour le système de vibration en place sur le flume.

Il s’agit d’un cadre fixe qui est verrouillé sur les rails supérieurs de la flume. Le cadre fixe a un poteau déplaçable qui prend en charge un cadre en aluminium. L’aluminium soutenant le cadre maintient le modèle de pipeline au-dessus du modèle de fond marin dans le flume.

Ce schéma donne un aperçu de la configuration. Notez qu’il y a quatre roulements qui assurent que le cadre de soutien en aluminium ne peut vibrer verticalement. Une tige de raccordement entre le poteau mobile et un moteur servo entraîne le mouvement du cadre en aluminium.

La configuration dépend de la géométrie du tuyau. Ce double du modèle de pipeline acrylique a un diamètre de 35 millimètres. Ajustez le cadre et le poteau de soutien de sorte que le fond du pipeline se trouve à un diamètre au-dessus de la surface initiale du fond marin.

Respectez tous les protocoles de sécurité laser et commencez à travailler avec le laser. Placez le laser et l’optique de 532 nanomètres pour la vélocimétrie au-dessus du flume. L’optique comprend des éléments pour former une feuille d’éclairage.

Avec le laser sur, ajuster l’optique de sorte qu’une feuille plate d’éclairage est formé dans le domaine d’intérêt dans le flume. La feuille doit être le long du centre flume et parallèle à ses parois latérales. Ces vues schématiques avant et latérale indiquent la position du laser et de l’optique et la feuille laser créée dans la configuration.

Ensuite, installez la caméra de l’appareil de vélocimétrie de l’image des particules. Utilisez une caméra à grande vitesse avec la longueur focale appropriée dirigée perpendiculairement à la feuille laser. Connectez la caméra à un ordinateur avec le logiciel de commande correct.

Avec la caméra en place, ajustez le champ de vision pour vous assurer que la région du fond marin fluide du pipeline est visible et que l’image est claire. Pour calibrer la configuration, commencez par les particules d’ensemencement. Cette poudre d’aluminium fournit aux particules un diamètre de 10 microns.

Ajouter environ 20 grammes de particules d’ensemencement à la section d’essai du flume. Vérifiez que la caméra met les particules d’ensemencement au point. Ensuite, placez une règle d’étalonnage à l’intérieur du champ de vision sur le plan de la feuille laser et capturez une image d’étalonnage.

Après avoir choisi un taux d’échantillonnage pour la collecte de données, éteignez le laser et la caméra. Pour l’expérience, obtenir une plaque acrylique transparente. Soutenez-le sur le lit d’essai sous la source laser et à la surface de l’eau pour supprimer les fluctuations de surface.

Ce diagramme fournit des détails sur l’utilisation de cordes attachées aux rails flume pour soutenir la plaque dans cette configuration. Ensuite, allumez le moteur servo sur le cadre. Cela va commencer à induire des vibrations forcées sur le modèle de pipeline.

Gardez le système de vibration en marche pendant 24 heures. Après 24 heures, allumez le laser pour créer la feuille de lumière. Démarrez la caméra et son logiciel de contrôle en utilisant les paramètres calibrés.

Ensuite, éteignez les lumières et commencez la collecte de données. Une fois les données recueillies, vérifiez que la densité des particules d’ensemencement pour la fenêtre d’interrogation de 32 par 32 pixels est supérieure à huit avant de recueillir des ensembles de données supplémentaires. Une fois que tous les ensembles de données ont été collectés, commencer le traitement des données.

Travaillez avec le logiciel de vélocimétrie d’image de particule avec l’image d’étalonnage ouverte. Ensuite, allez à la barre d’outils et cliquez sur le bouton de configuration de l’échelle. Déplacez les poils croisés sur une marque sur l’image de la règle et étiqueter.

Ensuite, marquez une deuxième marque sur l’image du souverain. Dans la boîte de dialogue qui s’ouvre, entrez la distance entre les marques selon la règle. Notez l’échelle calculée.

Retournez à la barre d’outils et cliquez sur le bouton d’origine. De là, utilisez la souris pour définir l’origine des coordonnées pour toutes les images de données. Cliquez oui une fois terminé.

Ensuite, cliquez sur le menu du fichier et chargez la première des images brutes qui ont été collectées sous forme de données. Vérifiez que les autres fichiers sont accessibles mais revenez au premier fichier. Ensuite, cliquez sur le menu paramètres.

Dans la boîte de dialogue, entrez le nombre de fichiers de données et le taux d’échantillon pour charger toutes les images. Enregistrez les valeurs et fermez la boîte. Maintenant, allez au menu du filtre d’image.

Là, appliquez le filtre de passage bas. Dans la barre d’outils, cliquez sur le module PTV. Suivez ceci en cliquant sur le point de traçage.

Ensuite, dans l’image, trouver le point central à la moitié droite de la circonférence du pipeline et le sélectionner. Ok la sélection avant de cliquer sur les outils PTV dans la barre d’outils. Dans la boîte de dialogue qui s’ouvre, ajustez les paramètres gamma, de la porte de lumière et du filtre médian pour définir le contour du pipeline dans l’image.

Après avoir approuvé les modifications, cliquez sur le bouton de suivi de l’objet. Utilisez la souris pour sélectionner une partie identifiable du pipeline sur l’image traitée. Une fois cela fait, le logiciel suit le déplacement dans les images et enregistre les séries de temps.

Une fois les données enregistrées, allez cliquer sur les outils PTV. Dans la boîte de dialogue, cliquez sur le bouton par défaut et OK pour récupérer l’image brute pour une analyse ultérieure. Cliquez sur le module PTV pour désactiver le module.

Restez dans la barre d’outils et ouvrez le panneau de paramètres. Vérifiez le paramètre de calcul du vecteur de vitesse et d’autres avant de fermer la boîte de dialogue. Ensuite, allez au menu du filtre d’image.

Appliquez une fonction de filtre laplacien sur les images brutes pour mettre en évidence les particules d’ensemencement et filtrer la lumière dispersée non désirée. Maintenant, retournez à la barre d’outils et cliquez sur la limite. Utilisez la souris pour définir le masque géométrique sur les images pour exclure la région des fonds marins.

Confirmez que la limite a été définie. Lorsque c’est fait, cliquez sur enregistrer les limites pour enregistrer les données de limite. Enfin, allez à la barre d’outils et cliquez sur le bouton d’exécuteur pour calculer les champs de vitesse instantanée en utilisant la méthode de corrélation croisée.

Exportez et enregistrez les données du champ de vitesse instantanée pour une analyse plus approfondie. Il s’agit d’une image d’un profil d’affouillement quasi-équilibre et d’un pipeline vibrant pris après 24 heures de vibrations du pipeline. L’origine de l’analyse est définie au point d’intersection à la surface originale du fond marin et à la ligne centrale verticale du pipeline.

Les particules d’ensemencement sont visibles, mais très peu de particules sédimentaires sont en suspension dans le flux, ce qui suggère que le système est à un stade de quasi-équilibre. Les données recueillies avec le protocole permettent de visualiser le champ de vitesse moyen de phase et la dynamique de vorticité. Cette vidéo se compose de 72 images de champs d’écoulement à partir d’un cycle de vibration de pipeline.

Cette méthode peut également être appliquée pour étudier les processus de vibration induits par le vortex tels que les vibrations du pipeline induites par l’excrétion du vortex d’asymétrie.