Visualizzazione del campo di flusso intorno a una pipeline vibrante all'interno di un foro di equilibrio

Questo protocollo sperimentale è quello di visualizzare i campi di flusso di dettaglio e la quota limite vicina nelle sollecitazioni normali all'interno di un foro di perlustra di equilibrio indotto da una tubazione vibrante forzata. Il vantaggio principale di questa tecnica di misurazione è la sua capacità di ottenere simultaneamente la dinamica della tubazione, i campi di flusso e le sollecitazioni del flusso limite vicino in alta risoluzione. Utilizzando questa tecnica, è possibile condurre studi più approfonditi del campo di flusso bidimensionale in un ambiente complesso per comprendere meglio il meccanismo di perlustrazione.

L'esperimento si svolge in un flume lungo 11 metri. La sezione trasversale è quadrata con lunghezza laterale di 0,6 metri. Questa visione schematica del flume fornisce ulteriori dettagli tra cui la posizione di un modello di fondale marino erodabile.

Il livello dell'acqua si trova a 0,4 metri sopra il fondale marino. Nel modello dei fondali marini, utilizzare sabbia media distribuita uniformemente che è stata compattata e livellata. Avere la struttura per il sistema di vibrazione in posizione sopra il flume.

Questo è costituito da un telaio fisso che è bloccato sui binari superiore del flume. Il telaio fisso ha un palo spostabile che supporta un telaio in alluminio. L'alluminio che sostiene il telaio contiene il modello di tubazione sopra il modello del fondale marino nel flume.

Questo schema fornisce una panoramica dell'impostazione. Si noti che ci sono quattro cuscinetti che assicurano che il telaio di supporto in alluminio possa vibrare solo verticalmente. Una biella tra il palo mobile e un servomotore aziona il movimento del telaio in alluminio.

L'impostazione dipende dalla geometria della tubazione. Questo duplicato del modello di tubazione acrilica ha un diametro di 35 millimetri. Regolare il telaio e il palo di supporto in modo che il fondo della tubazione sia di un diametro sopra la superficie iniziale del fondale marino.

Rispetta tutti i protocolli di sicurezza laser e inizia a lavorare con il laser. Posizionare il laser e l'ottica da 532 nanometri per la velocimetria sopra il flume. L'ottica include elementi per formare un foglio di illuminazione.

Con il laser attivo, regolare l'ottica in modo che si formi un foglio piatto di illuminazione nel campo di interesse per il flume. Il foglio dovrebbe essere lungo il centro del flume e parallelo alle sue pareti laterali. Queste viste schematiche anteriori e laterali indicano la posizione del laser e dell'ottica e il foglio laser creato nella configurazione.

Quindi, impostare la fotocamera dell'apparato di velocimetria dell'immagine delle particelle. Utilizzare una telecamera ad alta velocità con la lunghezza focale appropriata diretta perpendicolarmente al foglio laser. Collegare la fotocamera a un computer con il software di controllo corretto.

Con la fotocamera in movimento, regolare il campo visivo per assicurarsi che la regione del fondo marino fluido della tubazione sia visibile e l'immagine sia chiara. Per calibrare la configurazione, iniziare con le particelle di semina. Questa polvere di alluminio fornisce particelle con un diametro di 10 micron.

Aggiungere circa 20 grammi di particelle di semina alla sezione di prova del flume. Verificare che la fotocamera porti le particelle di semina a fuoco nitido. Quindi, posizionare un righello di calibrazione all'interno del campo visivo sul piano del foglio laser e acquisire un'immagine di calibrazione.

Dopo aver scelto una frequenza di campionamento per la raccolta dei dati, spegnere il laser e la fotocamera. Per l'esperimento, ottenere una piastra acrilica trasparente. Sostenerlo sopra il banco di prova sotto la sorgente laser e sulla superficie dell'acqua per sopprimere le fluttuazioni superficiali.

Questo diagramma fornisce dettagli sull'uso di stringhe attaccate alle rotaie flume per supportare la piastra in questa configurazione. Quindi, accendere il servomotore sul telaio. Ciò inizierà a indurre vibrazioni forzate sul modello della tubazione.

Mantenere in funzione il sistema di vibrazioni per 24 ore. Dopo 24 ore, accendere il laser per creare la scheda luminosa. Avviare la fotocamera e il suo software di controllo utilizzando le impostazioni calibrate.

Quindi, spegni le luci e inizia la raccolta dei dati. Una volta raccolti i dati, verificare che la densità delle particelle di seeding per la finestra di interrogazione di 32 per 32 pixel sia maggiore di otto prima di raccogliere set di dati aggiuntivi. Una volta raccolti tutti i set di dati, iniziare l'elaborazione dei dati.

Lavora con il software di velocimetria delle immagini delle particelle con l'immagine di calibrazione aperta. Passare quindi alla barra degli strumenti e fare clic sul pulsante di configurazione della scala. Spostare i peli incrociati su un segno sull'immagine del righello e taggarlo.

Quindi, contrassegnare un secondo segno sull'immagine del righello. Nella finestra di dialogo visualizzata immettere la distanza tra i segni in base al righello. Si noti la scala calcolata.

Tornare alla barra degli strumenti e fare clic sul pulsante origine. Da lì, usa il mouse per impostare l'origine delle coordinate per tutte le immagini di dati. Al termine, fare clic su sì.

Quindi, fai clic sul menu file e carica la prima delle immagini non elaborati raccolte come dati. Verificare che gli altri file siano accessibili ma tornare al primo file. Fare quindi clic sul menu dei parametri.

Nella finestra di dialogo immettere il numero di file di dati e la frequenza di campionamento per caricare tutte le immagini. Salvare i valori e chiudere la casella. Passare ora al menu del filtro immagine.

Lì, applicare il filtro passa basso. Sulla barra degli strumenti fare clic sul modulo PTV. Seguire questa procedura facendo clic sul punto di tracciatura.

Quindi, nell'immagine, trova il punto centrale nella metà destra della circonferenza della tubazione e selezionalo. Ok la selezione prima di fare clic sugli strumenti PTV sulla barra degli strumenti. Nella finestra di dialogo visualizzata, regolate le impostazioni gamma, light gate e filtro mediano per selezionare il contorno della tubazione nell'immagine.

Dopo aver approvato le modifiche, fare clic sul pulsante di rilevamento degli oggetti. Utilizzate il mouse per selezionare una parte identificabile della tubazione nell'immagine elaborata. Una volta fatto questo, il software tiene traccia dello spostamento nelle immagini e registra le serie temporali.

Dopo aver salvato i dati, vai e fai clic sugli strumenti PTV. Nella finestra di dialogo fare clic sul pulsante predefinito e su OK per recuperare l'immagine non elaborati per l'analisi successiva. Clicca sul modulo PTV per disattivare il modulo.

Rimanete sulla barra degli strumenti e aprite il pannello dei parametri. Verificare il parametro di calcolo del vettore di velocità e altri prima di chiudere la finestra di dialogo. Quindi, vai al menu del filtro immagine.

Applicare una funzione di filtro laplaciano alle immagini grezze per evidenziare le particelle di semina e filtrare la luce diffusa indesiderata. A questo ora, tornare alla barra degli strumenti e fare clic sul limite. Utilizzare il mouse per impostare la maschera geometrica sulle immagini per escludere la regione del fondale marino.

Verificare che il limite sia stato impostato. Al termine, fate clic su Salva limite (Boundary Save) per salvare i dati limite. Infine, passare alla barra degli strumenti e fare clic sul pulsante esegui per calcolare i campi di velocità istantanea utilizzando il metodo di correlazione incrociata.

Esportare e salvare i dati del campo di velocità istantanea per ulteriori analisi. Si tratta di un'immagine di un profilo di perlustrazione quasi di equilibrio e di una tubazione vibrante scattata dopo 24 ore di vibrazione della tubazione. L'origine per l'analisi viene impostata nel punto di intersezione sulla superficie originale del fondale marino e sulla linea centrale verticale della tubazione.

Le particelle di semina sono visibili ma pochissime particelle di sedimento sono sospese nel flusso, suggerendo che il sistema sia in uno stadio di quasi equilibrio. I dati raccolti con il protocollo consentono la visualizzazione del campo di velocità media di fase e della dinamica della vorticità. Questo video è costituito da 72 fotogrammi di campi di flusso da un ciclo di vibrazione della tubazione.

Questo metodo può anche essere applicato per studiare i processi di vibrazione indotti dal vortice come le vibrazioni della tubazione indotte dallo spargimento di vortice di asimmetria.