Misura quantitativamente In situ Flussi utilizzando un autorespiratore subacqueo Velocimetry (SCUVA)

L'obiettivo generale del seguente esperimento è quello di misurare il movimento di un fluido indotto da corpi in movimento o stazionari in un ambiente di campo naturale. Ciò si ottiene utilizzando lo scuba, che viene utilizzato da un subacqueo entro i limiti di immersione sicuri. In primo luogo, il subacqueo identifica e nuota verso un bersaglio.

Dopo aver allineato l'apparato rispetto al bersaglio e posizionato il foglio laser, il subacqueo si illumina e avvia la registrazione video per catturare campi di particelle consecutivi nel tempo dopo il completamento dell'immersione, al fine di produrre campi di velocità che circondano un bersaglio, i video vengono scaricati ed elaborati. Si ottengono i risultati dell'analisi. Questo spettacolo scorre nell'ambiente naturale del campo dopo il trasporto di fluidi da parte di animali che nuotano.

Il vantaggio principale dell'utilizzo delle tecniche di misurazione subacquea rispetto a quelle di laboratorio come l'immagine digitale delle particelle, la simmetria FLOS o DPIV, è che ora è possibile misurare i movimenti di un fluido in un ambiente di campo naturale. E ciò che fa è permetterci di rispondere a domande chiave nei campi dell'oceanografia e della biologia relative alle prestazioni di nuoto degli animali, ai predatori, alle interazioni con le prede e all'ecologia. Questo metodo può essere utilizzato per misurare il flusso intorno agli animali che nuotano o le polpe di corallo o le interazioni bentoniche.

Può anche essere utilizzato per misurare i flussi intorno alle strutture artificiali. La dimostrazione visiva di questo metodo è fondamentale in quanto le misurazioni sul campo sono difficili da imparare, richiedendo la conoscenza delle tecniche di misurazione e la comodità con le immersioni subacquee notturne. Per iniziare questa procedura, procurarsi un nastro di registrazione ad alta definizione o HD.

Assicurarsi che tutti i componenti S scuba abbiano una carica della batteria sufficiente e funzionino correttamente. Preparare gli alloggiamenti del laser e della fotocamera per l'uso pulendo le scanalature degli O-ring e gli O-ring con l'asciugamano pulito o il panno fornito dal produttore del grasso per O-ring in modo uniforme sugli O-ring e sostituirli nelle scanalature dell'alloggiamento. Inoltre, pulire le aperture del laser e dell'alloggiamento della fotocamera per evitare la deformazione del foglio laser e i segni sull'obiettivo dell'alloggiamento della fotocamera.

Successivamente, prepararsi per un test di pressione posizionando strisce di umidità di carta usa e getta negli alloggiamenti. Controllare le guarnizioni O-ring posizionando gli alloggiamenti vuoti in una vasca piena d'acqua. Gli oggetti appesantiti devono essere posizionati sopra gli alloggiamenti per immergerli.

Poiché gli alloggiamenti galleggiano quando sono vuoti dopo cinque-10 minuti, rimuovere gli alloggiamenti dalla vasca e dall'asciugamano. Asciugare l'esterno. Controllare se c'è umidità all'interno degli alloggiamenti ispezionando le strisce di umidità.

Una volta che gli alloggiamenti hanno superato il test di pressione, posizionare i componenti subacquei all'interno degli alloggiamenti. Fissare i pod per luci a scarica ad alta intensità all'alloggiamento della fotocamera. Assicurarsi che le luci siano orientate in modo tale da illuminare l'area direttamente davanti alla telecamera e all'operatore, ma non interferiscano con il mantenimento della presa sulle maniglie e il funzionamento dei controlli della telecamera.

In un ambiente con scarsa illuminazione, è possibile utilizzare un foglio di carta sensibile alla temperatura per determinare l'orientamento del foglio laser. Quando il raggio laser è allineato correttamente rispetto alla lente ottica installata nell'alloggiamento del laser, la combinazione di lenti laser creerà un foglio di luce verticale orientato perpendicolarmente all'alloggiamento della fotocamera, utilizzando gli attacchi subacquei e il braccio rigido o estensibile, collegare l'alloggiamento del laser e l'alloggiamento della fotocamera tra loro. Assicurarsi che gli alloggiamenti siano fissati saldamente e che gli alloggiamenti non possano ruotare l'uno rispetto all'altro.

È fondamentale che il foglio laser rimanga orientato perpendicolarmente al campo visivo della telecamera. A causa delle attuali capacità di misurazione subacquea, le immersioni possono essere condotte solo in luoghi con scarsa illuminazione o di notte per evitare interferenze della luce naturale con la luce laser. Pertanto, si consiglia di essere al tramonto o più tardi prima di entrare in acqua.

Accendere l'alloggiamento della fotocamera prima di entrare in acqua. L'alloggiamento della telecamera è dotato di un sensore di umidità elettronico integrato che fornisce avvisi visivi in caso di umidità nell'alloggiamento della telecamera. Il sensore funziona solo quando l'alloggiamento della fotocamera è acceso.

Il passo successivo è entrare in acqua e iniziare a configurare l'attrezzatura e sperimentare come descritto nel protocollo scritto. Una volta impostata l'attrezzatura, calibrare la subacquea registrando un oggetto con dimensioni note nel foglio laser. Dopo l'immersione, è possibile estrarre una costante di calibrazione per convertire le dimensioni del campo visivo da unità di pixel a centimetri dopo aver trovato un bersaglio.

È necessario determinare le proprietà ambientali del flusso di massa. Se presente, la direzione della corrente detterà l'apparato e il posizionamento del subacqueo rispetto al bersaglio. Durante le misurazioni, la direzione del flusso di massa che circonda il bersaglio può essere dedotta osservando le bolle espirate dal subacqueo e notando il loro movimento laterale.

Una piccola quantità di colorante fluorescente può anche essere rilasciata per determinare la direzione della corrente. Poiché il flusso generato dal subacqueo può essere una fonte di errore di misurazione DPIV, il subacqueo non deve trovarsi a monte della posizione target. Il foglio laser è parallelo alla direzione della corrente in modo da massimizzare il tempo di permanenza delle particelle all'interno del foglio laser, riducendo così al minimo gli errori DPIV.

Quindi posizionare S scuba per illuminare e registrare i movimenti fluidi che circondano un bersaglio. Inizia la registrazione mentre il bersaglio si muove attraverso il campo visivo della telecamera, evita movimenti rotatori e fuori piano durante la registrazione video. Dopo aver spento tutti i componenti della subacquea e aver riportato il braccio laser nella sua posizione retratta, rimuovere la subacquea dall'acqua, staccare la fotocamera e le custodie laser dal braccio.

Sciacquare o immergere l'apparecchio in acqua dolce prima dell'asciugatura per evitare che l'apparecchio si arrugginisca. Dopo che gli alloggiamenti si sono asciugati, rimuovere i componenti dagli alloggiamenti, ricaricare e sostituire le batterie se necessario. Per un'altra immersione, collegare la videocamera a un computer ed estrarre il video dal nastro HD utilizzando un pacchetto software video HD.

Dopo l'estrazione del video, determinare l'intervallo di video da convertire in una serie di immagini per l'analisi DPIV. Assicurati che le proporzioni dei pixel e le dimensioni dell'immagine estratta corrispondano alle impostazioni del video HD. Importa queste immagini nel programma di elaborazione A-D-P-I-V dalla calibrazione subacquea pre-immersione.

Immettere la costante di calibrazione e selezionare i parametri di acquisizione dell'immagine, che vengono richiesti dal pacchetto software DPIV. Quindi generare i campi di velocità da immagini di particelle consecutive. Ulteriori fasi di post-elaborazione, a seconda della qualità e dei tipi di misurazioni, possono essere applicate anche quando l'imaging viene eseguito correttamente.

Le immagini delle particelle che circondano il bersaglio dovrebbero essere nitide e facili da distinguere, come mostrato in questo campo di particelle in situ che circonda aurelia in combinazione con il pacchetto software di elaborazione A-D-P-I-V, i campi di velocità del flusso che circondano il bersaglio sono rivelati qui. I vettori gialli nel campo della velocità indicano l'entità e la direzione della velocità del flusso locale. Se viene raccolto un numero sufficiente di video per fornire una serie temporale di immagini, è possibile determinare anche una serie temporale di campi di velocità.

L'imaging improprio può risultare in campi di particelle cju poco chiari. Qui è mostrato un campo di particelle che circonda missi. La freccia rossa indica una regione ad alta riflettività, che si traduce in saturazione dell'immagine, rendendo difficile distinguere tra le particelle e il bersaglio.

Un altro esempio di imaging improprio è evidente in questo campo di particelle che lo circonda, quindi manca qui, la freccia rossa indica una regione di striature che si verifica quando la velocità di flusso non viene campionata a una frequenza sufficientemente alta. Una volta padroneggiata questa procedura, le misurazioni possono essere completate tra una e due ore, a seconda della durata dell'immersione durante l'esecuzione di questa tecnica di misurazione, tuttavia, è davvero importante mantenere una corretta galleggiabilità neutra e avere anche una conoscenza sufficiente delle condizioni di immersione locali prima di entrare in acqua. Non dimenticare che lavorare con i laser è estremamente pericoloso, quindi le dovute precauzioni, come l'allineamento del laser, dovrebbero essere sempre seguite quando si lavora con questa procedura.

Seguendo questa procedura, la post-elaborazione MATLAB può essere utilizzata per rispondere a ulteriori domande, come le prestazioni energetiche e le portate.