מאמר שיטה

ויזואליזציה של שדה זרימה סביב צינור רטט בתוך שיווי משקל החור לסרוק

DOI:

10.3791/59745

⸱

26 באוגוסט 2019

 ,  ,  , 
1Key Laboratory of Coastal Disaster and Defense, Ministry of Education, Hohai University, 2School of Civil and Environmental Engineering, Nanyang Technological University, 3Ocean College, Zhejiang University, 4AXESEA Information Technology Co. LTD

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מטרת הפרוטוקול היא לאפשר ויזואליזציה של שדות הזרימה המפורטים וקביעת ההטיה הכמעט-מאובית והלחצים הרגילים בתוך חור שאינו מלווה בשיווי משקל הנגרם על ידי צינור רוטט.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

שיטה ניסיונית מוצגת במאמר זה כדי להקל על ויזואליזציה של שדות הזרימה המפורטים וקביעת ההטיה הכמעט-מאובית והלחצים הרגילים בתוך חור שאינו שיווי משקל הנגרם על ידי צינור רוטט. שיטה זו כוללת את היישום של מערכת הרטט צינור ב flume ישר, תמונה חלקיקים בזמן שנפתרה (PIV) מערכת מעקב הזחה צינור מדידות שדות זרימה. סדרת זמן העקירה של צינור הרטט מתקבלות באמצעות אלגוריתמי המתאם החוצה. השלבים לעיבוד לנפח גלם של חלקיקים גולמיים המתקבלים באמצעות PIV שנפתרה הזמן מתוארים. שדות הזרימה המפורטים מפורטים סביב קו הצינורות הרוטט בשלבי רטט שונים מחושבים באמצעות אלגוריתם התאמה מרובה מרווחי זמן, כדי למנוע שגיאת הטיית הזחה באזורי הזרימה באמצעות מעבר מהירות גדול . על-ידי החלת טכניקת השינוי האדוה, התמונות שנלכדו באותו שלב רוטט מקוטלגים במדויק לפני השגת שדות המהירות שלב-ממוצעים. היתרונות המרכזיים של טכניקת המדידה של הזרימה המתוארים בנייר זה הם שהוא בעל רזולוציה גבוהה מאוד ומרחבית, וניתן להשתמש בו זמנית כדי להשיג את הדינמיקה של הצינור, שדות הזרימה ומדגיש זרימת הגבול הקרוב. באמצעות טכניקה זו, מחקרים מעמיקים יותר של שדה הזרימה דו מימדי בסביבה מורכבת, כגון זה סביב צינור רוטט, ניתן לנהל כדי להבין טוב יותר את המנגנון לסרוק מתוחכם הקשורים.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

צינורות subsea נמצאים בשימוש נרחב בסביבות offshore למטרת נוזל או הידרו פחמן מוצרים הובלה. כאשר צינור ממוקם על קרקעית הים חרושים, חור לסרוק סביב הצינור הוא עשוי להיווצר בגלל גלי, זרמים או תנועות דינמיות של צינור עצמו (כפוי ברטט או מערבולת המושרה-רטט)1,2. כדי לשפר את ההבנה של מנגנון לסרוק סביב צינור תת ימיים, מדידות של שדות הזרימה הסוערת והערכות של הטיה המיטה ומדגיש נורמלי בתוך הצינור-נוזלי-קרקעית התקשורת האזור הם חיוניים בנוסף מדידות של מימד החור לסרוק1,2,3,4,5,6,7. בסביבה שבה המיטה להטות ומדגיש נורמלי קשה מאוד להיות נחושים כי שדה הזרימה הוא לא יציב והגבול התחתון הוא מחוספס, נמדד מיידי קרוב לגבול מדגיש (בערך 2 מ"מ מעל הגבול) יכול להיות משמש כפונדקאית שלהם8,9. בעשורים האחרונים, לסרוק סביב צינור רוטט כבר למד ופורסם ללא כימות הצגת הערכים של שדות הזרימה מתוחכמים סביב הצינור בתוך החור לסרוק3,4, 5,10,11,12,13,14,15,16,17, . שמונה עשרה לפיכך, המטרה של נייר שיטה זה היא לספק פרוטוקול ניסיוני הרומן להמחיש את שדות הזרימה המפורטת ולקבוע את ההטיה הקרובה ואת הלחצים הרגילים בתוך חור שיווי משקל המושרה על ידי צינור רוטט כפוי. יש לציין כי תהליך הפעולה של צנרת נוזלי-קרקעית-הים במחקר זה הוא בסביבת מים השקט יותר ולא אלה עם זרמים חד כיווני וגלים.

שיטה ניסיונית זו מורכבת משני רכיבים חשובים, כלומר, (1) הדמיה של צינור (מאולץ) תנודות; ו (2) מדידות של שדות הזרימה סביב הצינור. במרכיב הראשון, צינור רוטט היה מדומה תעלת ניסיוני באמצעות מערכת רטט, אשר יש מנוע סרוו, שני מעיינות חיבור, צינור תומך מסגרות. תדרי רטט שונים והגברה יכולים להיות מדומים על ידי התאמת המהירות המוטורית והמיקום של המעיינות המחוברים. ברכיב השני, ולוסיצימטריה של תמונת חלקיק בזמן (PIV) ו אדוה שינוי טכניקות אומצו כדי לקבל בזמן התיכון ורזולוציה מרחבית הנתונים בשדה זרימת בשלבים שונים של הצינור. מערכת PIV נפתרה הזמן מורכב לייזר גל רציפה, מצלמה במהירות גבוהה, זריעת חלקיקים, ואלגוריתמים המתאם החוצה. למרות טכניקות piv כבר נעשה שימוש נרחב בקבלת שדות זרימה סוערת יציבה19,20,21,22,23,24,25, יישומים בתנאי שדה זרימה בלתי יציבים מורכבים, כגון מקרים של האינטראקציה של צינור-נוזלים-קרקעית הים, הם מוגבלים יחסית8,9,26,27. הסיבה כנראה היא בגלל המסורתי חד פעמי מרווח האלגוריתם מתאם החוצה של טכניקות PIV אינו מסוגל ללכוד במדויק את תכונות הזרימה בשדות זרימה בלתי יציב שבו מעבר הדרגתי גבוהה יחסית מהירות הוא הנוכחי9, . עשריםדולר השיטה המתוארת בנייר זה יכולה לפתור בעיה זו על-ידי שימוש באלגוריתם המתאם הצולב מרובה הזמן המספר9,28.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. בדיקת בטיחות מעבדה

  1. סקור את כללי הבטיחות הנוגעים לשימוש במערכת הלייזר והפלולי.
  2. ודא שדרישות האימון הבטיחותי של המעבדה הינן מולאו.
    הערה: בניסוי זה, קבוצה של 5w קירור אוויר מתמשך לייזר גל עם אורך גל של 532 ננומטר וזכוכית צדדית ישר תעלת (איור 1) עם ממדים של 11 m אורך, 0.6 m רוחב, ו 0.6 m עומק משמשים. להלן המלצות הבטיחות הבסיסיות לשני מכשירים אלה:
    1. בדוק את משטחי השתקפות פוטנציאליים בקו הלייזר לפני בדיקה; ללבוש משקפי בטיחות בעת הפעלת מכשיר הלייזר.
    2. הימנע לקבל עיניים ברמה של קרן לייזר במהלך הניסויים ולהיות זהירים של אורות לייזר משתקף בעת טיפול אלמנטים אופטיים או כלים רפלקטיביים.
    3. ודא שצינור המים אינו נופל ושתמיד אין מים משתפלים מהפלויים.

2. flume והתקנת מודל קרקעית הים

  1. הכינו את הדגם הארודיבל בקרקעית הים הממוקם באמצע הפלובי.
    הערה: חומר המשקעים המשמש במחקר זה היה חול בינוני מופץ באופן אחיד עם גודל התבואה החציוני d50 = 0.45 מ"מ, צפיפות החלקיקים יחסית שקוע Δ = 1.65 ו סטיית התקן הגיאומטרי σg = 1.30.
  2. לדחוס ולפלס את קרקעית הים בעזרת מלוי חול.
  3. מלאו באיטיות את הצינורית בצינור מים והקפידו לוודא שמשטח שטוח של קרקעית הים ניזוק בתהליך המילוי; להפסיק להתמלא כאשר רמת המים הגיע לעומק של 0.4 מטר מעל קרקעית הים.
  4. נקה את הפלטפורמה העליונה תעלת וזכוכית עבור הגדרת מודל צינור ומערכת piv.

3. צינור מודל ורטט הגדרת מערכת

  1. השתמש במודל צינור טרומי בצורה של צילינדר אקרילי עם קוטר של 35 מ"מ ואורך של 0.56 m.
  2. הר את הדגם צינור על מסגרת תומכת אלומיניום, אשר, בתורו, מחובר על ידי שני מעיינות לקוטב על מסגרת קבועה אחרת נעולה על מסילות העליון של flume, כפי שמודגם באיור 2. תקן את המסגרת התומכת בתוך המסגרת הקבועה באמצעות ארבעה מסבים כדי לוודא שהמסגרת התומכת יכולה לרטוט בחופשיות רק לאורך הכיוון האנכי (איור 2).
  3. השתמש במוט המחבר כדי לקשור את הקוטב ההוא למנוע סרוו רכוב על החלק העליון של המסגרת הקבועה. במחקר זה, המשקל של מערכת הרטט התאספו, כולל מודל הצינור ומסגרות האלומיניום, הוא 1.445 ק"ג, שיש לו יחס מסה שווה ערך (m*) של 2.682; תדר טבעי (fN) של 0.82 Hz; ויחס הζשל ה0.124.
  4. כוונן את העמוד הלבן והמסגרת התומכת כדי לקבל יחס פער מסוים בין קו הצינור לקרקעית הים.  במחקר זה, g/D = 1, כאשר G הוא המרחק האנכי בין החלק התחתון של צינור המשטח הראשוני של קרקעית הים; ו -D הוא קוטר הצינור.
  5. הפעל את מנוע סרוו כדי לגרום רטט כפוי על צינור; כוונן את מסגרות התמיכה וארבעת המיסבים כדי להבטיח שרטט הצינור יהיה לאורך הכיוון האנכי. כבה את מנוע סרוו כאשר התאמות של המסגרות התומכות הושלמו.
  6. קומפקטי ולפלס את קרקעית הים שוב לפני הפעלת הניסוי אם המודל בקרקעית הים מופרע ב 3.5.

4. התקנת PIV

  1. מניחים את המכשיר לייזר על החלק העליון של תעלת ולהתקין את גיליון לייזר להרכיב אופטיקה.
  2. הפעל את התקן הלייזר וכוונן את גיליון הלייזר היוצר אופטיקה, כך שייווצר גיליון שטוח מואר בתוך שדה העניין.
    הערה: במחקר זה, גיליון לייזר ירוק מואר הוא 1.5 מ"מ עבה, במקביל לקירות זכוכית תעלת והוא מושלך כלפי מטה לתוך המים לאורך קו האמצע של תעלת. שדה העניין של מחקר זה מתייחס לאזור האינטראקציה של צינור-נוזלי קרקעית והוא מוגבל בצד הימני של צינור. הצל של צינור יראו בצד שמאל של הצינור.
  3. הגדר את המצלמה במהירות גבוהה.
    הערה: עבור מחקר זה, מצלמה במהירות גבוהה עם אחסון של 12 ג'יגה-בתים זיכרון ורזולוציה מקסימלית של 2.3 Mpx (1920 × 1200) משמש (למשל, פנטום מירו LAB 320). להלן הליכי הפעולה המפורטים:
    1. הר את העדשה עם אורך מוקד מתאים במצלמה במהירות גבוהה. לעזאזל המצלמה במהירות גבוהה על חצובה מתכווננת גובה; להתאים את המצלמה לרמה של אזור התצפית עם הציר שלה בניצב לגיליון לייזר מואר.
      הערה: מחקר זה משתמש עדשה מראש 60 mm בצמצם המרבי של f/2.8.
    2. חבר את המצלמה למחשב באמצעות כבל Ethernet והפעל את תוכנת בקרת המצלמה (לדוגמה, פנטום PCC 2.6); הפעיל את המצלמה וחבר אותו למחשב בממשק התוכנה של בקרת המצלמה.
    3. התאימו את החצובה כדי לוודא שהשדה-תצוגה של המצלמה יכסה את אזור האינטראקציה בין הצינורות והנוזלים בקרקעית הים; ברמה המצלמה באמצעות רמת בועה מובנית על חצובה; לכוונן את טבעת המיקוד על העדשה כדי להבטיח כי גיליון הלייזר ברור על המטוס המוקד.

5. אופטימיזציה וכיול של התקנה ניסויית

  1. הוספת חלקיקי PIV לחלק המבחן של flume.
    הערה: חלקיקי הזריעה המשמשים במחקר זה היו אבקות אלומיניום בקוטר של 10 יקרומטר וצפיפות מסוימת של 2.7.
  2. לשפר את עוצמת האור של הלייזר במקרה הצורך.
  3. לאמת את המיקוד של המצלמה על ידי התבוננות חלקיקים מוארים זריעה על גיליון לייזר באמצעות תצוגת מצלמה חיה במחשב; כוונן את טבעת המיקוד, במידת הצורך, כדי להבטיח שחלקיקי הזריעה יהיו חדים ומרוכזים.
  4. הצב סרגל כיול בתוך שדה התצוגה במישור של גיליון הלייזר ולכוד תמונת כיול אחת.
    הערה: הרזולוציה המאמצת של התמונה במחקר זה היה 1600 × 1200 פיקסלים.
  5. בחר קצב דגימה מתאים לאיסוף נתונים.
    הערה: שיעור הדגימה הנבחר צריך לוודא שתזוזת החלקיקים בתוך זוג תמונות היא פחות מ-50% מאורך חלון החקירה המקסימלי. במחקר זה, גודל חלון החקירה המקסימלי הוא 32 × 32 פיקסלים ושיעור הדגימה המאומץ הוא 200 מסגרות לשנייה.
  6. כבה את הלייזר והמצלמה כאשר השלבים 5.1-5.5 הושלמו.

6. הפעלת הניסוי ואיסוף הנתונים

  1. מניחים צלחת אקריליק שקופה (20 מ"מ עבה) מתחת למקור הלייזר ועל משטח המים, כדי לדכא תנודות במשטח המים, ולהבטיח גישה אופטית שלווה לאור הלייזר.
  2. הפעל את מנוע סרוו כדי לגרום ויברציות כפויה על המודל צינור.
    הערה: במחקר זה, התדר המושרה של מנוע סרוו הוא f0 = 0.3 Hz.
  3. שמור את מערכת הרטט פועל עבור (t =) 1440 דקות כדי לקבל חור שיווי משקל מדומה לסרוק מתחת צינור רוטט.
  4. הפעל את הלייזר וכוונן את כוח הפלט לעוצמה הממוטבת. הפעל את תוכנת הבקרה של המצלמה והמצלמה והחל את ההגדרות המכוילים על המצלמה. כבו את אורות הרקע במעבדה.
  5. התחל להקליט את התמונה בשדה הזרמת חלקיקים לאדן עם קצב הדגימה שנבחר ב 5.6 על ידי לחיצה על לכידת התחתון בתוכנת בקרת תוכנות מצלמה.
    הערה: עבור כל הקלטה במחקר זה, אחסון המצלמה מאפשר 1,000 תמונות להילכד.
  6. לאחר השלמת איסוף הנתונים, סקור את איכות התמונה המוקלטת ובדוק אם צפיפות החלקיקים המזורמת לחלון החקירה (32 × 32 פיקסלים) גדולה מ-8. שמור את הקובץ המוקלט אם הוא מרוצה, אחרת, צפיפות הזריעה מוגברת על-ידי הזרקת מוצרי זריעה באיטיות באזור התצפית וחזור על שלבים 6.3-6.5.
  7. חזור על שלבים 6.3-6.5 כדי לאסוף ערכות נתונים נוספות.
    הערה: עבור מחקר זה, יותר מ 20,000 תמונות נלקחו כדי להבטיח כי נתונים גולמיים מספיק מתקבלים לחישוב מהירויות הזרימה, וורטיערים, מערבולות, ומדגיש בקרבת גבולות.
  8. כבה את התקן הלייזר, המצלמה ומנוע השרת כאשר כל אוספי הנתונים מולאו; הדליק את אורות הרקע במעבדה.

7. עיבוד נתונים

  1. פתח את התוכנה; לחץ על לחצן תיקיית הקבצים בסרגל הכלים וטען את תמונת הכיול שצולמה בשלב 5.4.
    הערה: השתמש בתוכנית עיבוד הנתונים עבור מעקב אחר הזחה של צינור והזרמת תוכנה לחישובי שדות (לדוגמה, PISIOU).
  2. לחץ על לחצן הגדרת קנה מידה בסרגל הכלים; למדוד מרחק ידוע בתמונת הכיול כדי לחשב את קנה המידה של התמונה.
    הערה: קנה המידה של התמונה המחושבת היה 0.1694 מ"מ/פיקסל.
  3. לחץ על לחצן מקור בסרגל הכלים; הגדיר את מקור נקודות הציון בכל תמונה.
  4. חלץ את סדרת זמן העקירה של צינור הרטט מהתמונות המוקלטות.
    1. טען את התמונות הגולמיים שצולמו בשלב 6. לאחר מכן, לחץ על החלונית ' פרמטר ', הזן את מספר קבצי הנתונים ואת קצב הדגימה.
    2. החל את המסנן ' מעבר נמוך ' בתפריט מסנן תמונה .
      הערה: פעולה זו תאפשר את קצה הצינור (היעד שיש לעקוב אחריו) כדי שיזהו בקלות בתמונות המעובדות (ראה איור 3א).
    3. בסרגל הכלים, לחץ על מודול Ptv. לאחר מכן לחץ על לחצן נקודת עקיבה , בחר את נקודת המרכז של הצינור. עבור אל כלי Ptv, התאם גמא, שער האור ומסנן חציון כדי לבודד את קו המתאר בתמונה. לחץ על לחצן מעקב אחר אובייקטים בסרגל הכלים; בחר את אזור היעד (כלומר את הצינור) בתמונה המעובדת ועקוב אחר התזוזה של צינור הרטט מתמונות מעובדות רצופות; רשום את סדרת הזמן של ההזחה, η(t), של צינור הרטט לתהליכי נתונים של שדה הזרימה הבאים (ראה איור 4).
    4. יצא ושמור את נתוני סדרת הזמן של הזחה לחישובים נוספים.
  5. קבע שדות מהירות מיידיים מהתמונות המוקלטות.
    1. עבור אל כלי ptv, לחץ על לחצן ברירת מחדל כדי לחדש את התמונה RAW עבור ניתוח piv הבאים. בטל את הפעולה של מודול PTV על ידי לחיצה על מודול ptv. פתח את החלונית ' פרמטר ' בסרגל הכלים; ציין את פרמטר החישוב וקטור המהירות.
      הערה: במחקר זה, תהליך איטרציה מרובה עוברים מאומץ כמו חלונות החקירה, אשר החלה מ 32 × 32 פיקסלים, ולאחר מכן עברו עם 16 × 16 פיקסלים, והסתיימה עם 8 × 8 פיקסלים; כל המעברים משתמשים בחפיפה של 50% בין חלונות משניים סמוכים.
    2. החילו את פונקציית המסנן ' לפלסיאן ' בתפריט המסנן ' תמונה ' לתמונות הגולמיים כדי להדגיש את חלקיקי הזריעה ולסנן אור פיזור לא רצוי (ראה איור 3ג).
    3. לחץ על לחצן הגבול בסרגל הכלים, הגדר את המסיכה הגאומטרית בתמונות כדי להוציא את אזור קרקעית הים לחישוב נוסף. לחץ על לחצן שמור גבול כדי לשמור את נתוני הגבול.
    4. לחץ על לחצן הפעלה בסרגל הכלים כדי לחשב את שדות המהירות הנקודתית עבור שלבי רטט שונים באמצעות שיטת המתאם החוצה.
      הערה: במחקר זה, אלגוריתם מרווח זמן רב מאומץ כדי להפחית את שגיאת ההטיה בשל הדרגתי במהירות גבוהה בשדה הזרימה (ראה איור 5). מרווחי הזמן המרובים המאומצים עבור חישובים בין-מיתאם הם Δt, 3Δt, 9Δt ו-21Δt (Δt = 5 אלפיות הראשונה). קריטריון המתאם השביע רצון גדול מ-70%.
    5. יצא ושמור את נתוני שדות המהירות הנקודתית לצורך ניתוח נוסף.
  6. לקבוע את שלב בממוצע שדות מהירות מתוך שדות מהירות מחושב מיידי עם האלגוריתם כפי שמתואר בניולנד 199429, 30 הסיין 200828.
    הערה: הליכי החישוב עבור שלב זה מתוארים כדלקמן:
    1. החל את הפונקציה אדוה transform על סדרת זמן העקירה, η(t), של צינור רטט כדי לקבל את השלב מיידי עבור כל שדה מהירות מיידית. פונקציית השינוי האדוה מוגדרת כ:
      figure-protocol-11
      כאשר Wענבל is אדוה מקדם; α ו β הם פרמטרים בקנה מידה ותרגום, בהתאמה; הפונקציה ענבל היא הפונקציה Morlet והוא מחושב כ figure-protocol-2 ; הכתב העילי "*" מציין את המשלים המורכבים. ניתן לחשב את השלבים הΦ, של צינור הרטט התואם לdisplacements הצינור השונים מתוך:
      figure-protocol-32
    2. ממוצע שדות מהירות מיידית עם אותו שלב כדי להשיג את שדות מהירות שלב בממוצע.
    3. לקבוע את הω הזרימה, ב2, ב בשלב מחושב-בממוצע מהירות שדות מ:
      figure-protocol-43
      figure-protocol-5 כאשר figure-protocol-6 הם מהירויות פאזה-ממוצעים לאורך כיווני x ו- y .
  7. טען את השלב המחושב-מהירות ממוצעים ונתונים הורבוליות בתוכנה Tecplot עבור ויזואליזציה.
  8. לקבוע את ההטיה הקרובה ומדגיש נורמלי מתוך שדות מהירות מחושב מיידי עם האלגוריתם כמתואר הסיין ואח '. 2016 9. הליכי החישוב עבור שלב זה מתוארים כדלקמן:
    1. לחלץ את הנתונים הקרובים מהירות הגבול (0-5 מ"מ מעל קרקעית הים) מתוך שלב מחושב בממוצע זרימה שדות מהירות.
    2. חשב את מדגיש ההטיה הקרובה, ts ומדגיש נורמלי, tn, לאורך הפרופיל לסרוק (כ 2 מ"מ מעל גבול החור לסרוק) עבור שלבים שונים בתוך מחזור אחד רוטט. הערה: משוואות החישוב הן כדלקמן:
      figure-protocol-7figure-protocol-8 (4)
      כאשר, μ = צמיגות דינמית של הנוזל (כאן נלקח כמו 1 × 10-3 Pa ∙ s); up = מהירות ליד הגבול במקביל למיטה; un = מהירות הגבול בניצב למיטה; n = מרחק נורמלי מהמיטה.
  9. טען את ההטיה הקרובה לגבולות ומדגיש את הנתונים הרגילים בתוכנה (לדוגמה, Tecplot) עבור פריט חזותי.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

דוגמה להשוואה בין התמונה הגולמית והתמונה המעובדת של displacements הצינור מעקב וחישוב מהירות מיידית מוצג באיור 3. כפי שמוצג באיור 3b, חלקיקי הזריעה והרעש בתמונה הגולמית מסוננים וקצה הצינור הנוצץ נשמר כדי לקבל את סדרת זמן התזוזה. כפי שמוצג באיורים 3 ג, מחליקי בהיר/השתקפויות סביב חלקיקי הזריעה, קצה צינור ומשטח של קרקעית הים מסוננים על ידי הפילטר של לפלסיאן. דוגמה לסדרת זמן ההזחה של קו הצינור הרוטט מוצגת באיור 4...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הפרוטוקול המוצג במאמר זה מתאר שיטה להדמיה של שדות הזרימה הדו-ממדיים וקביעת שדות המתח של הזרימה הכמעט-ממדית סביב צינור רוטט כפוי בחור שאינו מאזן שיווי משקל באמצעות טכניקות PIV. מאז התנועה צינור מעוצב הוא חד מימדי לאורך y כיוון, הכנת וכוונון מודל צינור ומערכת רטט להגשים מטרה זו הן מוקדמות קריטי עבור תוצאה מוצלחת. כל תנועות בלתי רצויות של צינור לאורך כיוון x עלול לגרום שדות זרימה סימטרית לסרוק את היווצרות החור סביב צינור רוטט. מלבד השפעות המנגנון, הבחירה של תדירות רטט ומשרעת של צינור עבור הניסויים הוא גם ח...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

. למחברים אין מה לגלות

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עבודה זו נתמכת על ידי קרן המדענים הצעירים של הקרן הלאומית למדע הטבע של סין (51709082) ואת קרנות המחקר הבסיסי של האוניברסיטאות המרכזיות (2018B13014).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
תוכנת בקרת מצלמהVision ResearchPhantom PCC 2.6בקרת מצלמה, איסוף ועיבוד נתוני תמונה
עדשת מצלמהNikon ChiyodaNikor  60 מ"מ, f=2.8 עדשת פריים
לייזר גל רציף בייג'ינג לייזרווייב אופטואלקטרוניקה טכנולוגיה ושות', בע"ממקור לייזר PIV; לייזר Nd:YAG, 532 ננומטר; קירור אוויר
מצלמה מהירהVision ResearchPhantom Miro LAB 320הקלטת נתוני תמונה
אופטיקה ליצירת גיליון לייזר Thorlabs Incהפוך את הלייזר הנקודתי ליריעת לייזר דקה
דגםצינור ZONCEPZ SOLUTIONSגליל אקרילי בקוטר 35 מ"מ
מערכת רטט בצנרתZONCEPZ SOLUTIONSמורכב ממנוע ניתוק, שני קפיצי חיבור ומסגרות תומכות בצנרת.
תוכנת חישוב PIVAXESEA Engineering Technology Limited Co.PISIOUעיבוד נתוני תמונה להשגת שדות זרימה ותזוזות צנרת
חומרי זריעה PIVאבקת אלומיניום Shimakyu
פלום מחזורי SZU ENGINEERING PTE LTDזכוכית באורך 11 מ', רוחב 0.6 מ' ועומק 0.6 מ'
תלת-תרמילMANFROTTOמק"ט MT190GOC4US 410Camara תומך
בקוטר 10um

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Fredsøe, J. Pipeline-seabed interaction. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 142 (6), 03116002(2016).
  2. Larsen, B. E., Fuhrman, D. R., Sumer, B. M. Simulation of wave-plus-current scour beneath submarine pipelines. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 142 (5), 04016003(2016).
  3. Chiew, Y. Mechanics of local scour around submarine pipelines. Journal of Hydraulic Engineering. 116 (4), 515-529 (1990).
  4. Chiew, Y. Prediction of maximum scour depth at submarine pipelines. Journal of Hydraulic Engineering. 117 (4), 452-466 (1991).
  5. Gao, F. -P., Yang, B., Wu, Y. -X., Yan, S. -M. Steady current induced seabed scour around a vibrating pipeline. Applied Ocean Research. 28 (5), 291-298 (2006).
  6. Wu, Y., Chiew, Y. Mechanics of three-dimensional pipeline scour in unidirectional steady current. Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice. 4 (1), 3-10 (2013).
  7. Zhu, Y., Xie, L., Su, T. -C. Visualization tests on scour rates below pipelines in steady currents. Journal of Hydraulic Engineering. 145 (4), 04019005(2019).
  8. Guan, D., Hsieh, S. -C., Chiew, Y. -M., Low, Y. M. Experimental study of scour around a forced vibrating pipeline in quiescent water. Coastal Engineering. 143, 1-11 (2019).
  9. Hsieh, S. -C., Low, Y. M., Chiew, Y. -M. Flow characteristics around a circular cylinder subjected to vortex-induced vibration near a plane boundary. Journal of Fluids and Structures. 65, 257-277 (2016).
  10. Sumer, B., Fredsøe, J. Scour below pipelines in waves. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 116 (3), 307-323 (1990).
  11. Sumer, B. M., Fredsøe, J., Gravesen, H., Bruschi, R. Response of marine pipelines in scour trenches. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 115 (4), 477-496 (1989).
  12. Çevik, E., Yüksel, Y. Scour under submarine pipelines in waves in shoaling conditions. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 125 (1), 9-19 (1999).
  13. Sumer, B. M., Truelsen, C., Sichmann, T., Fredsøe, J. Onset of scour below pipelines and self-burial. Coastal Engineering. 42 (4), 313-335 (2001).
  14. Li, F., Cheng, L. Prediction of lee-wake scouring of pipelines in currents. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 127 (2), 106-112 (2001).
  15. Yang, B., Gao, F. -P., Jeng, D. -S., Wu, Y. -X. Experimental study of vortex-induced vibrations of a pipeline near an erodible sandy seabed. Ocean Engineering. 35 (3), 301-309 (2008).
  16. Zhao, M., Cheng, L. Numerical investigation of local scour below a vibrating pipeline under steady currents. Coastal Engineering. 57 (4), 397-406 (2010).
  17. Fu, S., Xu, Y., Chen, Y. Seabed effects on the hydrodynamics of a circular cylinder undergoing vortex-induced vibration at high reynolds number. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 140 (3), 04014008(2014).
  18. Guo, Z., Jeng, D. -S., Zhao, H., Guo, W., Wang, L. Effect of seepage flow on sediment incipient motion around a free spanning pipeline. Coastal Engineering. 143, 50-62 (2019).
  19. Adrian, R. J. Particle-imaging techniques for experimental fluid mechanics. Annual Review of Fluid Mechanics. 23 (1), 261-304 (1991).
  20. Raffel, M., Willert, C. E., Wereley, S. T., Kompenhans, J. Particle image velocimetry: A practical guide. , Springer. Berlin Heidelberg. (2007).
  21. Piirto, M., Saarenrinne, P., Eloranta, H., Karvinen, R. Measuring turbulence energy with piv in a backward-facing step flow. Experiments in Fluids. 35 (3), 219-236 (2003).
  22. Guan, D., Chiew, Y. -M., Wei, M., Hsieh, S. -C. Characterization of horseshoe vortex in a developing scour hole at a cylindrical bridge pier. International Journal of Sediment Research. , (2018).
  23. Guan, D., Agarwal, P., Chiew, Y. -M. Quadrant analysis of turbulence in a rectangular cavity with large aspect ratios. Journal of Hydraulic Engineering. 144 (7), 04018035(2018).
  24. Kim, J. -T., Kim, D., Liberzon, A., Chamorro, L. P. Three-dimensional particle tracking velocimetry for turbulence applications: Case of a jet flow. Journal of Visualized Experiments. (108), e53745(2016).
  25. Lu, L., Sick, V. High-speed particle image velocimetry near surfaces. Journal of Visualized Experiments. (76), e50559(2013).
  26. Lin, W. -J., Lin, C., Hsieh, S. -C., Dey, S. Flow characteristics around a circular cylinder placed horizontally above a plane boundary. Journal of Engineering Mechanics. 135 (7), 697-716 (2009).
  27. Hsieh, S. -C., Low, Y. M., Chiew, Y. -M. Flow characteristics around a circular cylinder undergoing vortex-induced vibration in the initial branch. Ocean Engineering. 129, 265-278 (2017).
  28. Hsieh, S. -C. Establishment of high time-resolved piv system with application to the characteristics of a near wake flow behind a circular cylinder. National Chung Hsing University. , (2008).
  29. Newland, D. E. Wavelet analysis of vibration: Part 1-theory. Journal of Vibration and Acoustics. 116 (4), 409-416 (1994).
  30. Newland, D. E. Wavelet analysis of vibration: Part 2-wavelet maps. Journal of Vibration and Acoustics. 116 (4), 417-425 (1994).
  31. Lin, C., Hsieh, S. -C., Lin, W. -J., Raikar, R. V. Characteristics of recirculation zone structure behind an impulsively started circular cylinder. Journal of Engineering Mechanics. 138 (2), 184-198 (2012).
  32. Sarpkaya, T. A critical review of the intrinsic nature of vortex-induced vibrations. Journal of Fluids and Structures. 19 (4), 389-447 (2004).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

Vibrating PipelineEquilibrium Scour HoleFlow Field VisualizationParticle Image VelocimetryPipeline Vibration SystemNear Boundary StressesFlume ExperimentVortex Induced VibrationVelocity Field MeasurementSeabed Erosion

מאמרים קשורים