Velocimetry תמונת חלקיקים במהירות גבוהה ליד משטחים

המטרה הכוללת של סרטון זה היא להדגים כיצד להגדיר ולהפעיל ניסוי סימטריה של תמונת חלקיקים על שולחן העבודה. ראשית, הערך את פרמטרי הרישום הדרושים כדי לפתור את המהירויות והשיפועים הצפויים בזרימה. השלב השני הוא להתאים את צפיפות הישיבה כדי להשיג שמונה עד 10 חלקיקים בכל חלון חקירה.

לאחר מכן, התאם את קצב הפריימים של המצלמה ואת הזמן בין פולסי לייזר כדי להשיג הזזת חלקיקים בין זוגות תמונות של פחות מרבע מגודל חלון החקירה, השלב האחרון הוא להקליט נתונים ולעבד את התוצאות עם אלגוריתמי עיבוד מתאימים. בסופו של דבר, ניתן להשתמש בסימטריית וולה של תמונת חלקיקים כדי לחקור את המבנה והדינמיקה של כל זרימה עם גישה אופטית מספקת. היתרונות העיקריים של טכניקה זו על פני שיטות קיימות למדידת זרימה כמו אנמומטריית חוט חם או צינורות PTO, הם שהיא אינה פולשנית ורב-ממדית.

שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח לגבי שדה זרימת המהירות ביישומים רבים כגון המבנה והדינמיקה של זרימת שכבת גבול חולפת הנוצרת במנוע בעירה פנימית. ניסויים אלה משתמשים בלייזרים, לכן הקפד לבדוק את בטיחות הלייזר ולהשיג את ציוד הבטיחות הנכון לפני שתמשיך. כל נסיין צריך להרכיב משקפי בטיחות מתאימים.

תלו וילונות בטיחות לייזר. כדי לבודד את ניסוי הלייזר, השתמש בנורת אזהרה כדי להתריע בפני אחרים כאשר לייזר פועל. כצעד ראשון, קבע עדשת מצלמה מתאימה, עדשת מיקרוסקופ למרחקים ארוכים להגדרה זו.

בנוסף, קבע את קצב הפריימים של המצלמה ועיכוב הזמן על סמך הנחיות מעשיות לסימטריית תמונת חלקיקים V. בסרטון זה תילמד זרימה ליד פני השטח של צלחת. קצב הפריימים ועיכוב הזמן מבוססים על הערכות של מהירויות הזרימה באזור הקיר הקרוב.

ודא שהלייזר מפולס והאופטיקה היוצרת קרן נמצאת במקומה. בהדגמה זו מתפזר אור מטיפות שמן סיליקון שנוצרו. בעזרת מרסס שמן, הפעל את הזרימה והתאם את צפיפות הישיבה באמצעות סילוני המרסס ושסתומי העוקף על המרסס.

התחל באופטימיזציה על-ידי הבטחת תצורת הבקר והתוכנה במהירות גבוהה כהלכה. הגדר את המצלמה להקלטה רציפה. הפעל את הלייזר ואת המרסס.

מקד את המיקרוסקופ למרחקים ארוכים כדי לצלם בבירור את החלקיקים. כמו כן, ודא שעוצמת תמונות החלקיקים אינה מרווה את המצלמה. לאחר השגת תמונות חלקיקים ממוקדות, כבה את מצב הרכישה הרציפה.

הקלט כמה מאות תמונות של הזרימה בסיום, בדוק את התמונות המוקלטות עבור מיקוד מתאים לחלקיקים וסחיפה של חלקיקים של כשמונה פיקסלים בין התמונות. הנה דוגמה לזריעה דלילה וסחיפה של חלקיקים של כפיקסל אחד בחלון של 32 על 32 פיקסלים כדי לתקן את צפיפות זריעת החלקיקים. הגדל או הקטן את מספר סילוני המרסס כדי להתאים את הסחיפה בין תמונות.

הגדל או הקטן את מרווח הזמן בין פולסי הלייזר. דוגמה זו קרובה לאידיאלית עם שמונה עד 10 חלקיקים לכל חלון חקירה של 32 על 32 פיקסלים, והחלקיקים זזים פחות משמונה פיקסלים. אם קשה לעקוב אחר קבוצות של חלקיקים באמצעות סדרה של תמונות, כמו בתמונות אלה, ייתכן שיש יותר מדי תנועה מחוץ למישור.

כוונן את היסט המצלמה מנקודת המוקד או הגדל את מרחק העבודה שלה מגיליון האור כדי לפצות על יותר מדי תנועה לא פשוטה. לבסוף, לאחר כל ההתאמות שוב, הקלט כמה מאות תמונות ובדוק את החלקיק. העבר את צפיפות המיקוד והמיקוד.

חזור על התאמות עד לעמידה בקריטריונים. לפני כל ריצה של הניסוי, בצע כיול עוצמת מצלמה עם המכסה על מכלול המצלמה כדי להגדיר התייחסות לעוצמה. לאחר סיום הכיול, הסר את המכסה.

הגדר את הלייזר לקצב החזרה והזרם שנקבעו כאופטימליים. לפני העברת הלייזר למצב חיצוני, ודא שהלייזר מקבל אות טריגר רציף התואם את התדר שנקבע. הפעל את הלייזר בהקלטה.

רצף של תמונות רקע של יריעת האור בלבד רועה את פני הצלחת. אין פיזור רקע משמעותי ולכן רוב התמונות כהות. שמור תמונות אלה לעיבוד מאוחר יותר.

כעת התחל את הזרימה ואפשר לה להתייצב עם ערכת המצלמה כדי לרכוש תמונות באופן רציף, ודא שהיא אוספת תמונות חלקיקים ממוקדות. לאחר שזה נעשה, כבה את מצב הרכישה הרציפה. עבור כל ריצה, הזן את מספר התמונות הרצוי לאיסוף.

לאחר מכן לחץ על הקלטה. לאחר סיום ההקלטה, כבה את הזרימה ואת הלייזר. סקור את רצף התמונות כדי לבדוק את צפיפות הישיבה של סחף החלקיקים ומיקוד תמונת החלקיקים.

אם אתה מרוצה, שמור את ההקלטה. בצע כמה ריצות שצריך כדי להבטיח הגדרה נכונה או סטטיסטיקה. בכל פעם שמכלול המצלמה או המיקוד משתנים, צלם תמונות כדי לעזור לקבוע את מיקום המשטח בניתוח מאוחר יותר.

ראשית, הגדל את זמן החשיפה של המצלמה. לאחר מכן, הגדר יעד כיול במישור גיליון האור וודא שהוא נמצא במגע עם הצלחת. האירו את המטרה מאחור עם מקור אור כשהמצלמה מקליטה תמונות באופן רציף.

התאימו את היעד כך שהתמונה המוקלטת תהיה ממוקדת ולא מעוותת. ודא שנקודת המגע בין הצלחת למטרה נראית בתמונה. זה חיוני לקביעת מיקום הצלחת ברשומת התמונה 10 תמונות של יעד הכיול עיבוד הנתונים נעשה בתוכנה.

ראשית ממוצע כל סט של 10 כיול. תמונות יעד משתמשות בתמונה הממוצעת המתקבלת בתיבת הדו-שיח של הכיול. זה יקבע את ממדי העולם האמיתיים של התמונות הנרכשות.

החל כל תמונת כיול על קבוצת התמונות המתאימה מזה. קבע את מיקום הלוח בתמונות המכוילות. לאחר מכן, ממוצע את תמונות הרקע.

השווה את ספירת העוצמה של תמונת הרקע הממוצעת לאלו של חלקיקי הישיבה כדי לקבוע אם השתקפות הלייזר מפני השטח תורמת באופן משמעותי לרעשי הרקע. בניסוי זה, השתקפויות לא תרמו באופן משמעותי לרקע. עבד מראש את תמונות הזרימה המכוילות באמצעות מסנן מעבר גבוה כדי להסיר תנודות עוצמה גדולות ברקע, זה לא ישפיע על אותות החלקיקים במקרה זה.

כעת הגדירו אזור בו תמונת החלקיקים של כל ניתוח האסימטריה אמורה להתרחש בתוכנה זו, נעשה שימוש במסכה גיאומטרית. לאחר מכן, בחר הליך לחישוב הווקטורים. אפשרות התוכנה כאן מבצעת שני מעברים ראשוניים עם חלונות חקירה של 64 על 64 פיקסלים רבועים עם חפיפה של 50%.

לאחר מכן שלושה מעברים באמצעות חלונות חקירה של 32 על 32 פיקסלים מרובעים עם חפיפה של 50% בתוכנה. החל תת-שגרות כדי להסיר וקטורי מהירות שאינם עומדים בקריטריונים שנקבעו כדי להבטיח את איכות תוצאות המתאם הצולב. נתוני הדגימה הללו מציגים באדום את שדה וקטור המהירות ליד פני השטח של לוח כפונקציה של מרחק לאורך פני השטח וגובה מעל פני השטח.

מיד לאחר החישוב. ראשית, החל תת-שגרה כדי להגדיר מחדש את האזור לניתוח, תת-השגרות קובעות תחילה את יחס השיא, המשווה את שיאי המתאם הגבוהים ביותר למתאם המשותף. וקטורי רקע עם יחסי שיא ליד אחד מצביעים על שיא כוזב ומוסרים כאן על ידי התיבות הלבנות והחצים החסרים.

לאחר מכן, השגרות דוחות וקטורים שיש להם רכיב שאינו נמצא בריבוע שורש ממוצע אחד של החציון עבור אותו רכיב כפי שמחושב מתת-קבוצה של וקטורים, השגרות גם מבטלות וקטורים מזויפים הנובעים מחפיפה גדולה בחישוב וקטור המהירות. כשלב אחרון, השגרות ממלאות חללים ריקים בשדה על ידי אינטרפולציה בין וקטורים שכנים שאינם אפס. וקטורים אלה מוצגים במג'נטה.

כשלב אחרון, נמדדה הערכת איכות זרימת התוצאות ליד פני השטח של לוח שטוח והתקבלו נתונים על שדות המהירות המיידית ומהירות התנודה בתרשים זה. תת-קבוצה של שדה המהירות המיידית בזמן T שווה ל-0.1 מילישניות מוצגת משמאל ושדה מהירות התנודה נמצא בהערה הימנית. הווקטורים שסופקו לקנה מידה בפינה השמאלית העליונה של כל חלקה בזמן מאוחר יותר, צעד באמצע רצף ההקלטה, שדה המהירות המיידי משמאל נשאר יציב, אך שדה התנודות השתנה באופן דרמטי.

גודל הווקטורים ירד ויש פחות אחידות בכיוון לקראת סוף רצף ההקלטה. שדה המהירות המיידית עדיין מראה את הכיוון הכללי משמאל לימין של הזרימה. שדה התנודות הפך כיוון.

איור זה מציג את פרופיל המהירות האופקי בזמנים שונים במהלך הזרימה. פסי השגיאה המוצגים בפרופיל T שווה ל-0.1 אלפיות השנייה מייצגים את פסי השגיאה עבור כל הפעמים האחרות. שימו לב, היסטוריית הזמן מראה ירידה בזרימה לאורך זמן.

פרופיל הזמן הממוצע מוצג עם עיגולים. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד להתאים ולייעל את פרמטרי הסימטריה של מערכת ההפעלה של תמונת חלקיקים כדי להתאים את ההליך לכל חקירת זרימה. אל תשכח שעבודה עם לייזרים עלולה להיות מסוכנת ביותר ותמיד יש לנקוט באמצעי זהירות כגון חבישת משקפי מגן ושימוש בשלטי אזהרה כדי להתריע בפני אחרים בעת ביצוע הליך זה.