תלת ממד חלקיקי מעקב velocimetry עבור יישומי Turbulence: מקרה של Jet Flow

מטרות ניסוי זה הן להקים ולייעל מערכת מהירות מעקב אחר חלקיקים ליישומי טורבולנציה ולהשתמש בה לחקר זרימת סילון. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום הטורבולנציה באמצעות תיאור לגראנז'י של הזרימה. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא יכולתה לעקוב אחר קבוצה גדולה של חלקיקים בזמן ובמרחב.

למרות ששיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי מערבולת ומסגרת התייחסות לגראנז'יאנית, ניתן ליישם אותה על יישומים אחרים כגון לכידת תנועה או מעקב אחר תנועה. ההגדרה לניסוי זה מיועדת לחקר שדה זרימת הביניים של סילון צינור. למיכל מלא מים זה יש בתוכו צינור ליצירת סילון בקוטר של סנטימטר אחד.

סכימה זו מספקת סקירה כללית של ההתקנה לפני הוספת ציוד למהירות מעקב אחר חלקיקים תלת מימדית. כדי להתכונן למעקב אחר חלקיקים, זהה אזור מחקר, נפח החקירה. בניסוי זה מדובר בקובייה שפניה מקבילות לאלה של הנפח הגדול יותר והנקודה הקרובה ביותר שלה 15 סנטימטרים מקצה השפך.

לאחר בחירת עוצמת החקירה, התחל במיקום המראה הראשית. המראה בצורת פירמידה ומותקנת על עמוד הרכבה אנכי לאורך צד מיכל הניסוי. החלק את המראה לאורך העמוד כדי ליישר אותה עם מרכז נפח החקירה ואז קבע אותה במקומה.

לאחר מכן, התקן את המצלמה מאחורי המראה הראשית. הגדר את מרכז תמונת המצלמה כך שיהיה חופף למרכז המראה הראשית. כעת, עבור למחשב כדי לבדוק את הקשר שלו למצלמה.

המשך בהגדרת הממשק בין המצלמה לתוכנת ההקלטה. התחילו בתצוגת המצלמה של המראה הראשית וסביבתה. השתמש בהגדרת אזור העניין של התוכנה כדי להתאים את הרוחב והגובה של תצוגת המצלמה כך שתכסה רק את המראה הראשית.

השלב הבא הוא להציב יעד כיול במיכל כדי להגדיר את המראות המשניות. יעד זה תוכנן בהתאמה אישית כדי להקיף את כל נפח החקירה. למטרה יש נקודות יעד בקוטר מילימטר אחד לכיול.

ראשית, הנח פלטפורמת גובה מתכווננת לתוך המיכל כדי לתמוך במטרה. מקם את יעד הכיול על הפלטפורמה וכוון אותו כך שיפנה למצלמה. כוונן את גובה הפלטפורמה כך שיתאים למרכז יעד הכיול למרכז נפח הכיול.

המשך על ידי השלמת מפצל ארבעת התצוגות. כוונן את מיקום המראה הראשית כך שהיא תלכוד את עוצמת החקירה המלאה. המראות המשניות מותקנות על עמודי הרכבה אנכיים משני צידי המראה הראשית.

התקן כל מראה משנית כך שהיא מיושרת בערך עם תצוגת המצלמה מהצד הקרוב ביותר של המראה הראשית. אבטח את המראה המשנית במקומה. הסידור הסופי צריך להיות סימטרי מבחינה גיאומטרית ביחס למראה הראשית.

השתמש במצביע לייזר וכוון אותו למראה בתורו כדי להמחיש את נתיב התמונה. בצע התאמות אחרונות למראה המשנית באמצעות נתיב האלומה כמדריך כך שהתצוגה מקיפה את כל יעד הכיול. חזור על התצוגה החזותית של נתיב התמונה ובצע התאמות לכל אחת מהמראות המשניות הנותרות.

לאחר התאמת כל המראות, עקוב אחר תמונות המשנה של תצוגת המצלמה. במחשב, התבונן במצלמה view של התמונות. במפצל התצוגה, הזז את אחת המראות המשניות כדי לחקור חפיפה של תת-תמונה.

אם רק מבט אחד משתנה כשהמראה זזה, יש חפיפה זניחה. כשהמפצל הארבע-כיווני במקומו, כבה את המצלמה ועבור לעבודה עם התאורה. מקם מקורות אור ישירות מול נפח החקירה מלמעלה.

בניסוי זה, עדשת מגדלת ממוקמת ישירות מתחת למקורות האור כדי להגביר את עוצמת האור. הפעל את מקורות האור ובדוק חזותית שהאור מפוזר באופן אחיד על פני כל עוצמת החקירה. התחל למטב את ההגדרה על-ידי חזרה לעבודה עם המצלמה.

כוונן את מיקוד העדשה עד שההשתקפות דרך המראה הראשית תהיה ממוקדת באופן שווה בכל ארבע התצוגות של המראות המשניות. ודא שהתמונות ממפצל התצוגה סימטריות ומציגות את נפח החקירה. המשיכו לכוונן את ה-f-stop כדי שתוכלו ללכוד גם את הנקודה הקרובה ביותר וגם את הנקודה הרחוקה ביותר על יעד הכיול.

המצלמה תלכוד רק חלקיקי עוקב בנפח החקירה. בשלב זה, פנה לתוכנת ההקלטה. הגדר את קצב הפריימים הרצוי.

550 הרץ משמש לניסוי זה. לאחר מכן מקסם את רגישות האור בהתאם לקצב הפריימים הנבחר. כעת, התכוננו לצלם תמונות כיול של יעד הכיול.

חבר פנס LED למיכל ישירות מעל המטרה לתאורה. צלם מספר תמונות של המטרה באמצעות ארבע התצוגות מפצל לשלבי כיול מאוחרים יותר. בסיום, הסר את יעד הכיול, את מעמד התמיכה שלו ואת האור על מנת להתחיל לכוונן את התאורה.

הכן כמות קטנה של חלקיקי זריעה לייעול התאורה. קחו קטנה המכילה מים והוסיפו אליה את חלקיקי הזריעה. המתן עד שהחלקיקים יתפזרו.

החלקיקים הם כדורי קרמיקה חלולים מצופים כסף 100 מיקרומטר. יוצקים את התערובת למיכל כדי לסייע באופטימיזציה של הגדרות התאורה והמצלמה. המשך עם אורות החדר כבויים ומקורות האור דולקים.

במחשב, עקוב אחר תצוגת המצלמה החיה של המראה הראשית ובדוק את התאורה בכל תצוגה על ידי התבוננות בהפרש צפיפות החלקיקים בין התצוגות. הגיאומטריה בניסוי זה גורמת לשתי המראות העליונות לקבל פחות אור. בהתקנה תקן זאת על ידי הוספת מראה שטוחה מתחת למקור האור בתחתית המיכל.

מתחת למקורות האור תוספת זו עוזרת להפחית את השונות על פני הנוף. במצלמה כוונן את רמות הרווח והשחור כל אחת בטווח של כ-0 עד 500. המטרה היא ללכוד טוב יותר את פיזור האור מהחלקיקים.

ברצף זה, משווים שלושה תמונות סטילס המשתמשות ברמות רווח ושחור שונות. בניסוי זה נעשה שימוש בהגדרת רווח של 300 והגדרה שחורה של 500. כבה את מקורות האור והפעל את תאורת החדר.

במחשב פתח תוכנה למעקב אחר חלקיקים, מהירויות. הרעיון הוא לטעון את אחת מתמונות הכיול שצולמו בעבר. השתמש בתוכנה כדי לחלק תמונה זו לארבע תמונות משנה עצמאיות התואמות את תצוגות המראה המשניות השונות.

שמור כל אחת מתמונות המשנה הללו בקובץ אחר. כל תמונה תשמש כאילו ממצלמה נפרדת. המשך בשלבי הכיול באמצעות נתוני קואורדינטות ושלבים עבור מספר מצלמות.

התכוננו לאיסוף נתונים על ידי הפעלת מקורות האור של המהירויות. לאחר מכן, קבל את חלקיקי הזריעה והוסף אותם למיכל. המתן להתפתחות זרימה במצב יציב במערכת.

כאשר אורות החדר כבויים, עקוב אחר תצוגת המצלמה כדי לאמת את צפיפות זריעת החלקיקים הנכונה כמו בסרטון המואט הזה של זרימת הסילון. כאשר אתם מרוצים, רשמו את המספר הרצוי של תמונות זרימה. לאחר איסוף הנתונים התחל בעיבוד הנתונים על ידי חלוקת התמונות שנאספו לארבע תמונות משנה ואחסונן.

לאחר מכן, מסך ה-PTV הפתוח מופיע עם אפשרויות תפריט בחלק העליון ותצוגה לתצוגות מצלמה שונות בצד ימין. עבור ללשונית ההתחלה בפריטי התפריט ולחץ כדי לחשוף את האפשרויות. לחץ על הפעל מחדש של תמונה כדי לטעון את ארבע תצוגות המצלמה של התמונה הגולמית הראשונה בנתונים.

העבר את סמן העכבר לספריית ההפעלה ולחץ עליו. משם לחץ על פרמטרים עיקריים. בחלון החדש עבור לכרטיסייה כללי.

הזן את מספר המצלמות, במקרה זה ארבע. המשך להזין פרמטרים תחת הכרטיסיות האחרות. בסיום, הזז את העכבר כדי ללחוץ על פריט התפריט של העיבוד המקדים.

שם לחץ על מסנן מעבר גבוה. התוצאה היא הגברת פיזור האור בארבע התמונות. כמו כן, תחת פריט התפריט של העיבוד המקדים, מצא ולחץ על זיהוי חלקיקים כדי לקבוע את המרכז של כל חלקיק שזוהה.

ואז שוב תחת פריט התפריט לפני העיבוד, לחץ על התכתבויות כדי ליצור התכתבויות סטריאוסקופיות. לאחר מכן, עברו לפריט התפריט מיקומים תלת-ממדיים. תחתיו בחר מיקומים תלת מימדיים כדי לקבוע את המיקום התלת מימדי של חלקיקים שזוהו על סמך הכיול.

תחת פריט תפריט הרצף, חפש ולחץ על רצף ללא תצוגה כדי לחזור על שלבי העיבוד המקדים עבור כל רצפי התמונות שנאספו. כעת, הזן את הפרמטרים שישמשו לזיהוי חלקיקים למעקב. המשך על-ידי בחירת פריט תפריט המעקב.

משם בחר מעקב ללא תצוגה כדי לתאם מסגרות סמוכות. ובחר חלקיקים שזוהו כדי להמחיש חלקיקים משוחזרים בתלת מימד. לאחר השלמת המעקב, עבור אל פריט תפריט המעקב ובחר אותו.

לחץ על הצג מסלולים כדי להמחיש מסלולים בכל תצוגת מצלמה. בכל אחת מתצוגות המצלמה מתוארים כעת מסלולי החלקיקים. בנוסף, נוצר קובץ נתונים לעיבוד שלאחר מכן.

זוהי דגימה של שלושה מסלולי חלקיקים מייצגים באזור שדה הביניים סביב המישור פי 16 מקוטר סילון הצינור. כאשר המרחק מליבת הסילון קטן, נצפים מסלולים ארוכים יותר במרווח הזמן של שנייה אחת של נתונים אלה. ככל שהמרחק מליבת הסילון גדל, אורך המסלול פוחת.

בקוטר סילון הצינור פי שלושה חלקיקי העוקבים מציגים מסלולים קצרים ומורכבים. להלן כל מסלולי החלקיקים ששוחזרו בהצלחה החוצים את אותו מישור. התפלגות המהירויות נעה בין אפס ל-60% ממהירות היציאה של הסילון.

מהירויות נמוכות נמצאות בתחום הכחול של הספקטרום ומהירויות גבוהות נמצאות בתחום האדום. ניתוח מגלה כי חלקיקים ליד ליבת הסילון מציגים מסלולים חלקים יותר. מעקב אחר חלקיקים מאפשר לחשב את העקמומיות לאורך מסלול החלקיקים.

זוהי תרשים של העקמומיות הממוצעת כפול קוטר סילון הצינור לעומת המרחק הרדיאלי המוגדל עבור שני מישורים. האחד ב-16 והשני ב-17 קוטר סילון צינור. שניהם גדלים בצורה מונוטונית, אך למישור הרחוק יותר מיציאת הצינור יש עקמומיות ממוצעת מופחתת מחוץ לליבת הסילון.

תרשים זה מספק מידע על התפלגות המהירות הממוצעת של הסילונים ב-16 קוטר סילון הצינור של המטוס מעבר לשקע הצינור. לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך שש שעות אם היא מבוצעת כראוי, למעט זמן העיבוד באמצעות התוכנה. בעת ניסיון הליך זה חשוב לזכור שתהיה תאורה אחידה, הגדרות מצלמה נכונות וכמות מספקת של חלקיקי זריעה.

לאחר צפייה בסרטון זה אתה אמור להבין היטב כיצד להגדיר את מפצל התצוגה, להרכיב את מקור האור, לשלוט בפרמטרי המצלמה ולייעל את מערכת ה- PTV. לאחר פיתוחה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום הטורבולנציה לחקור מחקרים ניסיוניים בדינמיקת זרימה לגראנז'יאנית.