Methodenartikel

Visualisatie van het stroom veld rond een trillende pijpleiding binnen een evenwichts-gat

DOI:

10.3791/59745

⸱

26 augustus 2019

 ,  ,  , 
1Key Laboratory of Coastal Disaster and Defense, Ministry of Education, Hohai University, 2School of Civil and Environmental Engineering, Nanyang Technological University, 3Ocean College, Zhejiang University, 4AXESEA Information Technology Co. LTD

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het doel van het protocol is om visualisatie van de gedetailleerde stromings velden en de bepaling van de nabije grens afschuiving en normale spanningen binnen een evenwichts gat dat door een trillende pijpleiding wordt geïnduceerd, mogelijk te maken.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Een experimentele methode wordt in dit document gepresenteerd om visualisatie van de gedetailleerde stromings velden en de bepaling van de nabije grens afschuiving en normale spanningen binnen een evenwichts opening door een trillende pijpleiding te vergemakkelijken. Deze methode omvat de implementatie van een pijpleiding trillingssysteem in een straight Flume, een tijdvercijfeerd deeltjesafbeeldingsvelocimetrie (PIV) systeem voor het volgen van pijpleidingen en flow velden metingen. De Verplaatsingstijd-reeks van de trillende pijplijn worden verkregen met behulp van de cross-correlatie-algoritmen. De stappen voor de verwerking van onbewerkte deeltjes beladen afbeeldingen die zijn verkregen met behulp van de door de tijd opgeloste PIV worden beschreven. De gedetailleerde momentane stroomvelden rond de trillende pijpleiding in verschillende trillende fasen worden berekend met behulp van een multiple-time-interval cross-correlatie-algoritme om te voorkomen dat verplaatsing bias fout in de stroomgebieden met een grote snelheid gradiënt . Door toepassing van de wavelet Transform-techniek worden de vastgelegde beelden met dezelfde trillingsfase nauwkeurig gecatalogeerd voordat de fasegemiddelde snelheids velden worden verkregen. De belangrijkste voordelen van de stromings meettechniek die in dit artikel wordt beschreven, zijn dat het een zeer hoge temporele en ruimtelijke resolutie heeft en tegelijkertijd kan worden gebruikt om de pijplijn dynamiek, stroomvelden en near-boundary stroomspanningen te verkrijgen. Door deze techniek te gebruiken, kunnen meer diepgaande studies van het 2-dimensionale stromings veld in een complexe omgeving, zoals die rond een trillende pijpleiding, worden uitgevoerd om het bijbehorende verfijnde af-mechanisme beter te begrijpen.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Onderzeese pijpleidingen worden veel gebruikt in offshore-omgevingen met het oog op vloeistof of hydro-koolstofproducten vervoer. Wanneer een pijpleiding op een erosief zeebodem wordt geplaatst, zal een af gat rond de pijpleiding waarschijnlijk ontstaan door de golven, stromingen of dynamische bewegingen van de pijpleiding zelf (geforceerde trillingen of Vortex-geïnduceerde trillingen)1,2. Om het inzicht in het af mechanisme rond een onderzeese pijpleiding te verbeteren, zijn metingen van de turbulente stromings velden en schattingen van de bedshear en normale spanningen binnen de pijpleiding-vloeistof-zeebodem interactie regio essentieel naast metingen van de af hole afmeting1,2,3,4,5,6,7. In een omgeving waar de bedafschuiving en de normale spanningen uiterst moeilijk te bepalen zijn omdat het stroom veld onstabiel is en de bodem grens ruw is, worden gemeten ogenblikkelijke nabij-grens spanningen (bij ongeveer 2 mm boven de grens) gebruikt als hun surrogaat van8,9. In de afgelopen decennia is het af rond een trillende pijpleiding bestudeerd en gepubliceerd zonder kwantitatief de waarden te presenteren van de geavanceerde stromings velden rond de pijpleiding binnen het af-gat3,4, 5,10,11,12,13,14,15,16,17, 18. Daarom is het doel van dit methode papier om een nieuw experimenteel protocol te bieden voor het visualiseren van de gedetailleerde stromings velden en om de nabije grens afschuiving en normale spanningen te bepalen binnen een evenwichts opening die door een geforceerde trillende pijpleiding wordt geïnduceerd. Opgemerkt moet worden dat de pijpleiding-vloeistof-zeebodem interactie proces in deze studie is in een rust water omgeving in plaats van die met unidirectionele stromingen en golven.

Deze experimentele methode bestaat uit twee belangrijke onderdelen, namelijk (1) simulatie van pijpleidingen (geforceerde) trillingen; en (2) metingen van de stroomvelden rond de pijplijn. In de eerste component, de trillende pijpleiding werd gesimuleerd in een experimentele Flume met behulp van een vibrerend systeem, die een servomotor, twee aansluitende veren en pijpleiding ondersteunende frames heeft. Verschillende trillingsfrequenties en amplituden kunnen worden gesimuleerd door de motor snelheid en locatie van de verbindende veren aan te passen. In het tweede onderdeel werden de tijd opgeloste deeltjes afbeelding velocimetrie (PIV) en wavelet-transformatie technieken aangenomen om hoge temporele en ruimtelijke resolutie flow veldgegevens bij verschillende pijplijn trillingsfasen te verkrijgen. Het door de tijd opgeloste PIV-systeem bestaat uit een continue golf laser, een high-speed camera, zaaien van deeltjes en cross-correlatie-algoritmen. Hoewel PIV-technieken op grote schaal zijn gebruikt bij het verkrijgen van gestage turbulente stromings velden19,20,21,22,23,24,25, toepassingen in complexe onstabiele stroom veldomstandigheden, zoals gevallen van pijpleiding-vloeistoffen-zeebodem interactie, zijn relatief beperkt8,9,26,27. De reden is waarschijnlijk omdat traditionele single-time-interval cross-correlatie-algoritme van PIV-technieken niet in staat is om nauwkeurig de stroom functies vast te leggen in onstabiele stroomvelden waar een relatief hoge snelheid gradiënt aanwezig is9, 20. De methode die in dit artikel wordt beschreven, kan dit probleem oplossen met behulp van het algoritme voor meervoudige correlatie met meerdere tijdsintervallen9,28.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. veiligheidscontrole van het laboratorium

  1. Bekijk de veiligheidsvoorschriften met betrekking tot het gebruik van het laser-en Flume-systeem.
  2. Zorg ervoor dat aan de veiligheidseisen van het laboratorium is voldaan.
    Opmerking: in dit experiment wordt een set van 5W luchtkoeling continue golf laser met een golflengte van 532 nm en een glas-zijdige rechte Flume (Figuur 1) met afmetingen van 11 m lengte, 0,6 m breedte en 0,6 m diepte gebruikt. De fundamentele veiligheidsaanbevelingen voor deze twee apparatussen zijn als volgt:
    1. Controleer de mogelijke reflectie oppervlakken in de laser zichtlijn voorafgaand aan het testen; Draag een veiligheidsbril bij het bedienen van het laserapparaat.
    2. Vermijd het hebben van ogen op het niveau van de laserstraal tijdens de experimenten en wees voorzichtig met reflecterend laserlicht bij het hanteren van de optische elementen of reflecterende gereedschappen.
    3. Zorg ervoor dat de waterslang niet afdaalt en dat er altijd geen water overstroomt van de Flume.

2. modelinstallatie met Flume en zeebodem

  1. Bereid de erosief zeebodem model gelegen in het midden van de Flume.
    NB: het in deze studie gebruikte sediment materiaal was een gelijkmatig verdeeld gemiddeld zand met een mediane korrelgrootte d50 = 0,45 mm, relatieve ondergedompelde deeltjesdichtheid Δ = 1,65 en geometrische standaarddeviatie σg = 1,30.
  2. Compact en niveau de zeebodem met behulp van een zand Leveler.
  3. Vul de Flume langzaam met een water slang en zorg ervoor dat een plat zeebodem oppervlak tijdens het vulproces intact is; Stop met vullen wanneer het waterpeil een diepte van 0,4 m boven de zeebodem heeft bereikt.
  4. Wis het Flume top platform en glas voor het opzetten van het pipeline model en het PIV systeem.

3. pipeline model en vibratie systeem Setup

  1. Gebruik een geprefabriceerd pijpleiding model in de vorm van een acryl cilinder met een diameter van 35 mm en een lengte van 0,56 m.
  2. Monteer het pijplijn model op een aluminium ondersteunend frame, dat op zijn beurt door twee veren wordt verbonden met een beweegbare paal op een ander vast frame dat op de bovenste rails van de Flume is vergrendeld, zoals geïllustreerd in Figuur 2. Bevestig het ondersteunende frame in het vaste frame door vier lagers te gebruiken om ervoor te zorgen dat het ondersteunende frame alleen langs de verticale richting kan trillen (Figuur 2).
  3. Gebruik een drijfstang om de beweegbare paal te binden aan een servomotor gemonteerd op de bovenkant van het vaste frame. In deze studie is het gewicht van het geassembleerde trilsysteem, inclusief het pijplijn model en de aluminium frames, 1,445 kg, dat een equivalente massaverhouding (m*) van 2,682 heeft; een natuurlijke frequentie (fN) van 0,82 Hz; en de dempingsratio van 0,124.
  4. Pas de beweegbare paal en het ondersteunende frame aan om een bepaalde kloof verhouding tussen de pijpleiding en de zeebodem te verkrijgen.  In deze studie, g/D = 1, waarbij g de verticale afstand is tussen de bodem van de pijpleiding en het eerste zeebodem oppervlak; en D is de diameter van de pijpleiding.
  5. Schakel de servomotor voor het opwekken van een geforceerde trilling op de pijpleiding; Pas de ondersteunende frames en vier lagers aan om ervoor te zorgen dat de pipeline-trilling langs de verticale richting loopt. Schakel de servomotor uit wanneer de bijstellingen van de ondersteunende frames zijn voltooid.
  6. Compact en niveau de zeebodem weer voor het uitvoeren van het experiment als het zeebodem model wordt verstoord in 3,5.

4. PIV Setup

  1. Plaats het laserapparaat op de bovenkant van de Flume en installeer de laser plaat vormende optica.
  2. Zet het laserapparaat aan en pas de laser plaat aan die optica vormt, zodat een verlicht plat blad binnen het veld-van-belang wordt gevormd.
    Let op: in deze studie, de verlichte groene laser Sheet is 1,5 mm dik, parallel aan de Flume glazen wanden en wordt naar beneden geworpen in het water langs de middenlijn van de Flume. Het gebied van belang van deze studie verwijst naar de interactie regio van de pijpleiding-vloeistof-zeebodem en is beperkt tot de rechter helft van de pijpleiding. De schaduw van de pijplijn wordt gezien op de linker helft van de pijplijn.
  3. Stel de high-speed camera in.
    Opmerking: voor deze studie wordt een high-speed camera met 12-gigabyte-geheugen opslag en een maximale resolutie van 2,3 MPX (1920 × 1200) gebruikt (bijvoorbeeld Phantom Miro LAB 320). De gedetailleerde bewerkingsprocedures zijn als volgt:
    1. Monteer de lens met de juiste brandpuntsafstand op de high-speed camera. Schroef de high-speed camera op een in hoogte verstelbaar statief; Stel de camera in op het niveau van het observatie gebied met zijn as loodrecht op het verlichte Laser blad.
      Opmerking: deze studie maakt gebruik van een 60 mm prime lens bij het maximale diafragma van f/2.8.
    2. Sluit de camera aan op de computer met behulp van een Ethernet-kabel en schakel de camera besturingssoftware (bijvoorbeeld Phantom PCC 2,6); Schakel de camera in en sluit deze aan op de computer in de interface van de camerabediening.
    3. Pas het statief aan om ervoor te zorgen dat het gezichtsveld van de camera de pijpleiding-vloeistof-zeebodem interactie regio bedekt; het niveau van de camera met behulp van de ingebouwde Bubble niveau op het statief; stem de focusring op de lens af om ervoor te zorgen dat het Laser blad helder is op het brandvlak.

5. experimentele installatie optimalisatie en kalibratie

  1. Voeg PIV-zaaien deeltjes toe aan de test sectie van de Flume.
    NB: de in deze studie gebruikte zaaien deeltjes waren aluminium poeders met een diameter van 10 μm en een specifieke dichtheid van 2,7.
  2. Verbeter de lichtintensiteit van het Laser blad indien nodig.
  3. Controleer de scherpstelling van de camera door de verlichte zaaien deeltjes op het Laser blad te observeren via een live cameraweergave op de computer; Stel de focusring zo nodig nauwkeurig in om ervoor te zorgen dat de zaaien deeltjes scherp en in focus zijn.
  4. Plaats een kalibratie liniaal in het gezichtsveld op het vlak van het Laser blad en leg één kalibratie beeld vast.
    Opmerking: de aangenomen resolutie van het beeld in deze studie was 1600 × 1200 pixels.
  5. Selecteer een juiste bemonsteringsfrequentie voor het verzamelen van gegevens.
    Opmerking: de gekozen bemonsteringsfrequentie dient ervoor te zorgen dat de verdringing van de deeltjes in een paar afbeeldingen minder dan 50% van de maximale ondervrachting venster lengte is. In deze studie is de maximale ondervrachting window grootte 32 × 32 pixels en de vastgestelde bemonsteringsfrequentie is 200 frames per seconde.
  6. Schakel de laser en camera uit wanneer de stappen 5.1-5.5 zijn voltooid.

6. uitvoeren van het experiment en het verzamelen van gegevens

  1. Plaats een transparante acrylplaat (20 mm dik) onder de laserbron en op het wateroppervlak om de schommelingen van het wateroppervlak te onderdrukken en zorg voor een rustige optische toegang voor het laserlicht.
  2. Zet de servomotor aan om geforceerde trillingen op het pijpleiding model te induceren.
    Opmerking: in deze studie, de geïnduceerde frequentie van de servomotor is f0 = 0,3 Hz.
  3. Houd het trillingssysteem draaiend voor (t =) 1440 min om een quasi-evenwicht te verkrijgen dat het gat onder de trillende pijpleiding heeft.
  4. Zet de laser aan en stel het uitgangsvermogen in op de geoptimaliseerde intensiteit. Schakel de camera-en camera besturingssoftware in en pas de gekalibreerde instellingen toe op de camera. Schakel de achtergrond lampjes in het laboratorium uit.
  5. Begin met het opnemen van het zaaien-debiet veld met deeltjes beladen met de bemonsteringsfrequentie die is geselecteerd in 5,6 door te klikken op de opname bodem in de software voor software besturing van de camera.
    Opmerking: voor elke afzonderlijke opname in deze studie kunnen met de camera-opslag 1.000 beelden worden vastgelegd.
  6. Nadat het verzamelen van gegevens is voltooid, controleert u de opgenomen beeldkwaliteit en gaat u na of het zaaien van de deeltjesdichtheid per verhoor venster (32 × 32 pixels) groter is dan 8. Sla het opgenomen bestand op indien voldaan is, anders wordt de zaaien dichtheid verhoogd door het langzaam injecteren van zaaien oplossingen in het observatie gebied, en herhaal stappen 6.3-6.5.
  7. Herhaal stap 6.3-6.5 om meer gegevenssets te verzamelen.
    Opmerking: voor deze studie werden meer dan 20.000 beelden genomen om ervoor te zorgen dat er voldoende ruwe gegevens worden verkregen voor de berekening van de stromingssnelheden, vorticities, turbulentie en near-boundary-spanningen.
  8. Schakel het laserapparaat, de camera en de server motor uit wanneer alle gegevensverzamelingen zijn voltooid; Schakel de achtergrond lampjes in het laboratorium in.

7. gegevensverwerking

  1. Open de software; Klik op de knop bestandsmap op de werkbalk en laad de kalibratie afbeelding die is gemaakt in stap 5,4.
    Opmerking: gebruik het gegevensverwerkings programma voor het bijhouden van pipeline-verplaatsings-en flow veldberekeningen (bijvoorbeeld PISIOU).
  2. Klik op de knop schaalinstellingen op de werkbalk. meet een bekende afstand op de kalibratie afbeelding om de schaal van de afbeelding te berekenen.
    Opmerking: de berekende beeld schaal was 0,1694 mm/pixel.
  3. Klik op de knop oorsprong op de werkbalk. Stel de oorsprong van de coördinaten in voor elke afbeelding.
  4. Pak de verschuivings tijd-reeks van de trillende pijpleiding uit de opgenomen beelden.
    1. Laad de onbewerkte afbeeldingen die u in stap 6 hebt gemaakt. Klik vervolgens op het parameter paneel, voer het aantal gegevensbestanden en de samplefrequentie in.
    2. Pas het laagdoorlaatfilter toe in het menu afbeeldingsfilter .
      Opmerking: met deze bewerking kan de rand van de pijplijn (doel worden bijgehouden) gemakkelijk worden herkend op de verwerkte afbeeldingen (Zie afbeelding 3a).
    3. Klik in de werkbalk op de PTV-module. Dan klikken overtrek punt knop, selecteer het middelpunt van de pijplijn. Ga naar PTV tools, pas gammaaan, licht Gate en mediaan filter om de pijplijn omtrek in de afbeelding uit te lijnen. Klik op de knop object tracering op de werkbalk. Selecteer de doelregio (d.w.z. de pijplijn) op de verwerkte afbeelding en volg de verplaatsing van de trillende pijplijn van opeenvolgende verwerkte afbeeldingen; Noteer de verschuivings tijd-serie, η(t), van de trillende pijpleiding voor volgende flow veldgegevens processen (Zie afbeelding 4).
    4. Exporteren en opslaan van de pijplijn verplaatsing time series-gegevens voor verdere berekeningen.
  5. Bepaal ogenblikkelijke snelheids velden uit de opgenomen beelden.
    1. Ga naar PTV tools, klik op de standaard knop om de RAW-afbeelding te hervatten voor volgende PIV-analyse. Deactiveer de PTV-module door op de PTV-modulete klikken. Open het parameter paneel op de werkbalk. Geef de berekenings parameter voor de Velocity vector op.
      Let op: in deze studie, een Multi-Pass iteratie proces wordt aangenomen als de verhoor ramen, die begon vanaf 32 × 32 pixels, vervolgens doorgegeven met 16 × 16 pixels, en eindigde met 8 × 8 pixels; alle passen gebruiken een 50% overlap tussen aangrenzende subvensters.
    2. Pas de functie Laplacian filter in het menu beeld filter toe op de RAW-beelden om de zaaien deeltjes te markeren en ongewenste verstrooiings licht uit te filteren (Zie Figuur 3c).
    3. Klik op de knop grens op de werkbalk, stel het geometrische masker op de afbeeldingen in om het zeebodem gebied uit te sluiten voor verdere berekening. Klik op de knop grens opslaan om de grens gegevens op te slaan.
    4. Klik op de knop uitvoeren op de werkbalk om de momentane Velocity velden voor verschillende trillende fasen te berekenen met behulp van de kruiscorrelatie methode.
      Opmerking: in deze studie wordt een multi-time interval algoritme aangenomen om de bias error te verminderen als gevolg van een hoge snelheid gradiënt in het stroom veld (Zie Figuur 5). De vastgestelde meervoudige tijdsintervallen voor kruiscorrelatie berekeningen zijn Δt, 3δt, 9Δt en 21δt (Δt = 5 MS). Het bevredigende correlatie criterium is groter dan 70%.
    5. Exporteer en sla de gegevens van de momentane Velocity Fields op voor verdere analyse.
  6. Bepaal de fasegemiddelde snelheids velden van de berekende momentane snelheids velden met het algoritme zoals beschreven in Newland 199429, 30 en Hsieh 200828.
    Opmerking: de berekeningsprocedures voor deze stap worden als volgt beschreven:
    1. Pas de functie wavelet Transform toe op de verdringings tijd-serie, η(t), van de trillende pijpleiding om de momentane fase voor elk momentane snelheidsveld te verkrijgen. De functie wavelet Transform wordt gedefinieerd als:
      figure-protocol-11
      waar WΨ een waveletcoëfficiënt is; α en β zijn respectievelijk de schaal-en vertaal parameters; de functie Ψ is de Morlet-functie en wordt berekend figure-protocol-2 als; het superscript "*" duidt op het complexe geconjugeerde. De momentane fasen, Φ, van de trillende pijpleiding die overeenkomen met de verschillende pijplijn verplaatsingen, kunnen worden berekend op basis van:
      figure-protocol-32
    2. Gemiddelde de momentane snelheids velden met dezelfde fase om de fasegemiddelde snelheids velden te verkrijgen.
    3. Bepaal de stroom vorticiteit, ω2, in de berekende fase-gemiddelde snelheids velden van:
      figure-protocol-43
      waar figure-protocol-5 en figure-protocol-6 zijn fasegemiddelde snelheden langs x -en y -richtingen.
  7. Laad de berekende fase-gemiddelde snelheid en vorticiteit-gegevens in tecplot-software voor visualisatie.
  8. Bepaal de grens afschuiving en de normale spanningen van de berekende momentane snelheids velden met het algoritme zoals beschreven in Hsieh et al. 2016 9. De berekeningsprocedures voor deze stap worden als volgt beschreven:
    1. Extraheer de gegevens van de nabije grens snelheid (0-5 mm boven de zeebodem) uit de berekende fase-gemiddelde snelheid stroomvelden.
    2. Bereken de bijna-grens afschuif spanningen, t-en normale spanningen, tn, langs het af-Profiel (ongeveer 2 mm boven de grens van het af-gat) voor verschillende fasen binnen één trillende cyclus. Opmerking: de berekenings vergelijkingen zijn als volgt:
      figure-protocol-7, figure-protocol-8 (4)
      waar, μ = dynamische viscositeit van de vloeistof (hierin opgenomen als 1 × 10-3 pa ∙ s); up = nabij-grens snelheid parallel aan het bed; un = nabij-grens snelheid loodrecht op het bed; n = normale afstand van het bed.
  9. Laad de berekende near-boundary shear en Normal benadrukt gegevens in een software (bijv. Tecplot) voor visualisatie.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In Figuur 3wordt een voorbeeld gegeven van de vergelijking tussen het onbewerkte beeld en het verwerkte beeld van het tracken van de pijplijn verplaatsingen en de ogenblikkelijke snelheids berekening. Zoals weergegeven in Figuur 3b, worden de zaaien van deeltjes en ruis in het RAW-beeld uitgefilterd en wordt de glanzende pijplijnrand behouden om de verschuivings tijdreeks te verkrijgen. Zoals getoond in cijfers 3c, licht verstro...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het protocol in dit artikel beschrijft een methode voor de visualisatie van de tweedimensionale stromings velden en de bepaling van de near-boundary flow stress velden rond een geforceerde trillende pijpleiding in een evenwichts af gat met behulp van de PIV-technieken. Omdat de ontworpen pipeline-beweging eendimensionaal is langs de y -richting, zijn het voorbereiden en aanpassen van het pijplijn model en het trilsysteem om deze doelstelling te verwezenlijken essentiële vereisten voor een geslaagde uitkomst. Ong...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd gesteund door het jonge wetenschappers Fonds van de National Natural Science Foundation of China (51709082) en de fundamentele onderzoeksfondsen voor de centrale universiteiten (2018B13014).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Camera control softwareVision ResearchPhantom PCC 2.6Camera besturing, beeldgegevensverwerving en -verwerking
Camera lensNikon ChiyodaNikor  60mm, f=2.8 prime lens
Continuous wave laser Beijing Laserwave optoelectronics technology co. ltd.PIV Laserbron; Nd:YAG laser, 532 nm; luchtkoeling
High-speed cameraVision ResearchPhantom Miro LAB 320Opname van beeldgegevens
Laser sheet forming optics Thorlabs IncTransformeer de puntlaser in een dunne laserstraal
Pipeline modelZONCEPZ SOLUTIONSAcrylic cilinder met een diameter van 35 mm
Pipeline vibration systemZONCEPZ SOLUTIONSBestaat uit een zwaar motor, twee verbindingsveren en buisondersteunende frames.
PIV calcuation softwareAXESEA Engineering Technology Limited Co.PISIOUVerwerking van beeldgegevens voor het verkrijgen van stroomvelden en pijplijnverplaatsingen
PIV seeding materialsShimakyuAluminiumpoeder met een diameter van 10um
Recirculating flume SZU ENGINEERING PTE LTDGlaszijde, 11 m lang, 0,6 m breed en 0,6 m diep
Tri-podMANFROTTOSKU MT190GOC4US 410Camera ondersteuning

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Fredsøe, J. Pipeline-seabed interaction. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 142 (6), 03116002(2016).
  2. Larsen, B. E., Fuhrman, D. R., Sumer, B. M. Simulation of wave-plus-current scour beneath submarine pipelines. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 142 (5), 04016003(2016).
  3. Chiew, Y. Mechanics of local scour around submarine pipelines. Journal of Hydraulic Engineering. 116 (4), 515-529 (1990).
  4. Chiew, Y. Prediction of maximum scour depth at submarine pipelines. Journal of Hydraulic Engineering. 117 (4), 452-466 (1991).
  5. Gao, F. -P., Yang, B., Wu, Y. -X., Yan, S. -M. Steady current induced seabed scour around a vibrating pipeline. Applied Ocean Research. 28 (5), 291-298 (2006).
  6. Wu, Y., Chiew, Y. Mechanics of three-dimensional pipeline scour in unidirectional steady current. Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice. 4 (1), 3-10 (2013).
  7. Zhu, Y., Xie, L., Su, T. -C. Visualization tests on scour rates below pipelines in steady currents. Journal of Hydraulic Engineering. 145 (4), 04019005(2019).
  8. Guan, D., Hsieh, S. -C., Chiew, Y. -M., Low, Y. M. Experimental study of scour around a forced vibrating pipeline in quiescent water. Coastal Engineering. 143, 1-11 (2019).
  9. Hsieh, S. -C., Low, Y. M., Chiew, Y. -M. Flow characteristics around a circular cylinder subjected to vortex-induced vibration near a plane boundary. Journal of Fluids and Structures. 65, 257-277 (2016).
  10. Sumer, B., Fredsøe, J. Scour below pipelines in waves. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 116 (3), 307-323 (1990).
  11. Sumer, B. M., Fredsøe, J., Gravesen, H., Bruschi, R. Response of marine pipelines in scour trenches. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 115 (4), 477-496 (1989).
  12. Çevik, E., Yüksel, Y. Scour under submarine pipelines in waves in shoaling conditions. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 125 (1), 9-19 (1999).
  13. Sumer, B. M., Truelsen, C., Sichmann, T., Fredsøe, J. Onset of scour below pipelines and self-burial. Coastal Engineering. 42 (4), 313-335 (2001).
  14. Li, F., Cheng, L. Prediction of lee-wake scouring of pipelines in currents. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 127 (2), 106-112 (2001).
  15. Yang, B., Gao, F. -P., Jeng, D. -S., Wu, Y. -X. Experimental study of vortex-induced vibrations of a pipeline near an erodible sandy seabed. Ocean Engineering. 35 (3), 301-309 (2008).
  16. Zhao, M., Cheng, L. Numerical investigation of local scour below a vibrating pipeline under steady currents. Coastal Engineering. 57 (4), 397-406 (2010).
  17. Fu, S., Xu, Y., Chen, Y. Seabed effects on the hydrodynamics of a circular cylinder undergoing vortex-induced vibration at high reynolds number. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 140 (3), 04014008(2014).
  18. Guo, Z., Jeng, D. -S., Zhao, H., Guo, W., Wang, L. Effect of seepage flow on sediment incipient motion around a free spanning pipeline. Coastal Engineering. 143, 50-62 (2019).
  19. Adrian, R. J. Particle-imaging techniques for experimental fluid mechanics. Annual Review of Fluid Mechanics. 23 (1), 261-304 (1991).
  20. Raffel, M., Willert, C. E., Wereley, S. T., Kompenhans, J. Particle image velocimetry: A practical guide. , Springer. Berlin Heidelberg. (2007).
  21. Piirto, M., Saarenrinne, P., Eloranta, H., Karvinen, R. Measuring turbulence energy with piv in a backward-facing step flow. Experiments in Fluids. 35 (3), 219-236 (2003).
  22. Guan, D., Chiew, Y. -M., Wei, M., Hsieh, S. -C. Characterization of horseshoe vortex in a developing scour hole at a cylindrical bridge pier. International Journal of Sediment Research. , (2018).
  23. Guan, D., Agarwal, P., Chiew, Y. -M. Quadrant analysis of turbulence in a rectangular cavity with large aspect ratios. Journal of Hydraulic Engineering. 144 (7), 04018035(2018).
  24. Kim, J. -T., Kim, D., Liberzon, A., Chamorro, L. P. Three-dimensional particle tracking velocimetry for turbulence applications: Case of a jet flow. Journal of Visualized Experiments. (108), e53745(2016).
  25. Lu, L., Sick, V. High-speed particle image velocimetry near surfaces. Journal of Visualized Experiments. (76), e50559(2013).
  26. Lin, W. -J., Lin, C., Hsieh, S. -C., Dey, S. Flow characteristics around a circular cylinder placed horizontally above a plane boundary. Journal of Engineering Mechanics. 135 (7), 697-716 (2009).
  27. Hsieh, S. -C., Low, Y. M., Chiew, Y. -M. Flow characteristics around a circular cylinder undergoing vortex-induced vibration in the initial branch. Ocean Engineering. 129, 265-278 (2017).
  28. Hsieh, S. -C. Establishment of high time-resolved piv system with application to the characteristics of a near wake flow behind a circular cylinder. National Chung Hsing University. , (2008).
  29. Newland, D. E. Wavelet analysis of vibration: Part 1-theory. Journal of Vibration and Acoustics. 116 (4), 409-416 (1994).
  30. Newland, D. E. Wavelet analysis of vibration: Part 2-wavelet maps. Journal of Vibration and Acoustics. 116 (4), 417-425 (1994).
  31. Lin, C., Hsieh, S. -C., Lin, W. -J., Raikar, R. V. Characteristics of recirculation zone structure behind an impulsively started circular cylinder. Journal of Engineering Mechanics. 138 (2), 184-198 (2012).
  32. Sarpkaya, T. A critical review of the intrinsic nature of vortex-induced vibrations. Journal of Fluids and Structures. 19 (4), 389-447 (2004).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Vibrating PipelineEquilibrium Scour HoleFlow Field VisualizationParticle Image VelocimetryPipeline Vibration SystemNear Boundary StressesFlume ExperimentVortex Induced VibrationVelocity Field MeasurementSeabed Erosion

Gerelateerde artikelen