여기에 설명 된 기술을 동시에 입자 운동학 및 낮은 입자 농도와 흐름에 난 기류를 측정 하는 저렴 한 가격과 상대적으로 간단한 방법을 제공 합니다. 기류 입자 이미지 velocimetry (PIV)을 사용 하 여 측정 되 고 입자 운동학 겹치는 분야-중-보기에서 고속 카메라로 얻은 이미지에서 계산 됩니다.
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이 논문에서
요약
초록
난 류 흐름, 오염 물질, 등 해양 미생물, 유동층된 침대 원자로 또는 바다, 앙금 및 연소 과정에 있는 입자의 기구학 이해를 포함 하는 과학 및 엔지니어링 분야에서 수많은 문제 시스템을 설계. 이러한 흐름에 입자의 운동학에 난 기류의 영향을 공부 하기 위하여 흐름 및 입자 운동학의 동시 측정이 필요 합니다. 비-관입, 광학 흐름 측정 기술 측정 기류, 또는 입자를 추적 하기 위한 존재 하지만 둘을 동시에 측정 기술 사이의 간섭 때문에 도전적 일 수 있다. 여기에 소개 하는 방법은 흐름과 입자 운동학의 동시 측정을 저렴 한 비용 및 상대적으로 간단한 방법을 제공 한다. 흐름의 단면 측정 평면에서 속도의 두 가지 구성 요소를 제공 하는 입자 이미지 velocimetry (PIV) 기술을 사용 하 여 측정 됩니다. 이 기술은 디지털 카메라에 의해 몇 군데 시드 흐름 필드의 조명에 대 한 펄스-레이저를 사용 합니다. 입자 운동학은 동시에 발광 다이오드 (LED) 라인 빛 조명 PIV-의-시야 (FOV)와 겹치는 흐름의 평면 횡단면을 사용 하 여 몇 군데. 선 빛 PIV 측정에는 영향을 주지 않습니다 하지만 관심의 더 큰 입자를 밝히는 충분히 강력한 이미지로 고속 카메라를 사용 하 여 충분히 낮은 전력입니다. PIV 기법에서 레이저 펄스를 포함 하는 고속 이미지 쉽게 각 고속 이미지의 요약된 강도 검토 하 여 필터링 됩니다. 고속 카메라의 프레임 속도, PIV 카메라 프레임 속도의 걸맞지 여 고속 시계열에 오염 된 프레임의 수를 최소화할 수 있습니다. 기술은 주로 2 차원는 평균 흐름에 적합, 입자를 적어도 5 번 시드 추적기, PIV의 평균 직경 및 낮은 농도 포함.
서론
예를 들어 난 류 흐름에 입자의 행동을 포함 하는 과학 및 엔지니어링 분야에서 응용 프로그램, 분위기, 오염 물질 및 엔지니어링된 시스템, 및 해양 퇴적 물에 어로 졸의 많은 수 존재 미생물 또는 바다1,2,3침전 물. 이러한 응용 프로그램에서는 종종 입자 입자 운동학 및 유체 역학의 동시 측정을 요구 하는 난 기류에 대처 하는 방법을 이해 하는 관심입니다.
입자 추적 (PT), 개별 입자 궤적, 그리고 입자 이미지 velocimetry4,5 (PIV)의 통계 기법을 추적, 라는 입자 움직임을 측정 하는 기존 기술 흐름을 측정 하는 데 사용 속도, 둘 다 비-간섭 광 기술을 통합합니다. 이 아닌-관입 광학 기법을 사용 하 여 흐름 및 입자 운동학을 동시에 측정 하는 주요 과제는 다른 측정 정확도 (방해할 수 각 이미징 기술에 필요한 별도 조명 예를 들어, 입자 운동학을 측정 하기 위한 조명 소스 수 없습니다 역할을 유체 속도 측정 및 역도에 상당한 잡음 소스....
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프로토콜
참고: 모든 직원 안전 사용 및 안전 사용에서 뿐만 아니라 클래스 4 레이저의 작동 및 손 및 전력 도구 운영에 훈련 한다.
1. 실험 설정
- PIV 설치
- 듀얼 헤드 레이저 및 광학 설정 합니다.
- 레이저 광학 접시에 놓습니다. 시설의 바닥에 관하여 (또는 중력 가속도와 정렬 수직 속도를 바란다면 지상에 관하여) 레이저 레벨 고 세로로 정렬 될 이미지를 2D 평면의 센터와 레이저 빔을.
- 광학 접시에 그것을 확보 하 여 레이저 광선의 경로에 원통형 렌즈를 배치 합니다. 렌즈는 2D 평면에 광선을 형성할 것 이다. 2D 평면 이미지의 크기는 렌즈 및 조사에 지역에서 거리의 초점 거리에 따라 달라 집니다. 조명 하는 지역 특정 응용 프로그램에 대 한 충분히 큰 때까지 렌즈와 거리를 조정 합니다.
- 원통형 렌즈와 2D 이미지 평면 사이 광학 접시에 구형 렌즈를 배치 합니다. 구형 및 원통형 렌즈와 구형 렌즈의 초점 거리는 2D 평면 조명된 (빛 시트)의 두께 결정 합니다. 빛 시트는 약 0.5-1 m m 두께이 거리와 렌즈의 초점 거리를 조정 합니다.
- 놓고 PIV 카메라의 예비 보정을 수행 합....
- 듀얼 헤드 레이저 및 광학 설정 합니다.
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결과
실험적인 체제의 회로도 그림 1에 표시 됩니다. 그림 빛 시트 (LED 및 레이저)의 배열, 오버랩, FOVs 및 FOVs 진동 그리드 및 탱크 벽의 위치에 있습니다. 소란과 입자 프로토콜 섹션에 설명 된 대로 동시에 측정 됩니다. 그림 2 의 순간 속도 함께 샘플 입자 궤적 전단 측정 결과 예를 보여 줍니다. PIV 분석의 결과 사나운 동요의 RMS 계산에 따라 평가 됩니다. 이 진동 그리드 시설에 대 한 PIV FOV에 RMS 속도 동요의 공간적 의미의 크기는 두 속도 구성 요소7,15그리드 주파수와 함께 증가 한다. 이 결과 얻지 못하면, 다음 그리드 시설, PIV 설치 또는 PIV 분석 오류가 고 반복 해야 합니다. 다른 그리드 주파수에 대 한 RMS 속.......
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토론
여기에 설명 된 메서드는 상대적으로 저렴 하 고 동시에 입자 운동학에 흐름의 영향을 시험 하기 위하여 입자 궤적 및 난 기류를 측정 하는 간단한 방법을 제공 합니다. 그것은 흐름 또는 입자 움직임을 강력 하 게 3 차원이 기술은 적합 하지 않습니다 말할 것도 주목 된다입니다. 밖으로의 비행기 움직임 추적 2D에 PIV 분석 오류17 귀 착될 것 이다 하 고 최소화 한다. 또한, 방법 (순서 PT 이미지 당 입자의 수만) 상대적으로 낮은 것으로 추적된 입자의 농도를 요구 한다. 이 제한은 연속 이미지에서 동일한 입자가 추적 되 고 자신감을 극대화 하기 위해 중요 하다. 만약 너무 많은 입자 궤적 계산에서 다음 부정확 PT 카메라의 FOV에 동시에 존재 하 고 궤도의 조기 종료는 PIV 이미지 분석에서 증가 오류 뿐만 아니라 발생할 수 있습니다. 따라서, 입자 응집과 관련 된 문제 조사 큰 입자 농도 일반적으로 필요 하기 때문에이 기술이 어려운 것입니다. 마지막으로,이 기술은 더 큰 입자를.......
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공개 사항
저자는 공개 없다.
감사의 글
이 작품의 일부 II-VI 기초 및 해안 캐롤라이나 전문 향상 그랜트에 의해 지원 되었다. 우리 또한 Corrine 제이콥스, 마렉 Jendrassak와 윌리엄 상인에 대 한 도움이 실험적인 체제를 인정 하 고 싶습니다.
....액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 광학 렌즈 | CVI 레이저 광학 | Y2-1025-45, RCC-25.0-15.0-12.7-C, PLCC-25.4-515.1-UV | 기타 광학 회사를 사용할 수 있습니다. PIV 광 시트를 생성하기 위한 구형 및 순환형 렌즈. |
| Nikon | Nikkor 105mm f/2D | 용 카메라 렌즈 | 다른 카메라 렌즈 회사도 허용됩니다. PIV 이미징용 카메라 렌즈. |
| Nikon | Nikkor 50mm f/1.8D | 용 카메라 렌즈 | 기타 카메라 렌즈 회사를 사용할 수 있습니다. 고속 이미징을 위한 카메라 렌즈. |
| 듀얼 헤드 펄스 레이저 | Quantel | EverGreen: 532nm, 70mJ@15Hz | 기타 레이저 회사도 허용됩니다. PIV용 듀얼 헤드 펄스 레이저: Nd:YAG |
| LED 라인 라이트 | Gardasoft Vision, Ltd. | VLX2 LED 라인 조명 - 녹색 - GAR-VLX2-250-LWD-G-T04 | 다른 회사도 허용됩니다. LED용 라인 조명. |
| PIV 파종 입자 / 추적자 | Potters Industries | 구형 중공 유리 구 : 평균 직경 11mm | 다른 회사도 허용됩니다. PIV 파종 입자 |
| CCD 교차 상관 카메라 | TSI, Inc. | POWERVIEW 11M: CCD, 이중 노출, 4008x2672 픽셀 @ 4.2Hz, 12비트 다이나믹 레인지다른 | 회사도 허용됩니다. 이중 노출, PIV 이미징을 위한 CCD 카메라. |
| 고속 카메라 | Photron | FASTCAM SA3; 모델 60K: 1024x1024 픽셀 @ 1kHz | 다른 회사도 사용할 수 있습니다. 고속 이미징을 위한 CMOS 카메라. |
| 싱크로나이저 | TSI, Inc. | LASERPULSE SYNCHRONIZER 610036 | 다른 회사도 허용됩니다. PIV 카메라와 레이저의 획득을 동기화합니다. |
| 캘리브레이션 대상: | TSI, Inc. | 다른 회사도 허용됩니다. 이미지 보정을 위한 정밀 대상. |
참고문헌
- Maxey, M. R. The gravitational settling of aerosol particles in homogeneous turbulence and random flow fields. Journal of Fluid Mechanics. 174, 441-465 (1987).
- Good, G. H., Ireland, P. J., Bewley, G. P., Bodenschatz, E., Collins, L. R., Warhaft, Z.
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