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

Dit experimentele protocol moet de detailstroomgebieden en het dichtbijgelegen grensaandeel in normale spanningen binnen een evenwichtsschurengat visualiseren dat door een gedwongen trillende pijpleiding wordt veroorzaakt. Het belangrijkste voordeel van deze meettechniek is de capaciteit om tegelijkertijd pijplijndynamiek, stroomvelden en near boundary flow stresses in hoge resolutie te verkrijgen. Door het gebruik van deze techniek kunnen meer diepgaande studies van het tweedimensionale stroomveld in een complexe omgeving worden uitgevoerd om het schuurmechanisme beter te begrijpen.

Het experiment vindt plaats in een flume van 11 meter lang. De dwarsdoorsnede is vierkant met zijlengte van 0,6 meter. Deze schematische weergave van de flume biedt aanvullende details, waaronder de locatie van een erodible zeebodem model.

Het waterpeil ligt 0,4 meter boven de zeebodem. Gebruik in het zeebodemmodel uniform verdeeld medium zand dat is verdicht en genivelleerd. Laat de structuur voor het trillingssysteem op zijn plaats over de schoorsteen.

Dit bestaat uit een vast frame dat is vergrendeld op de bovenste rails van de flume. Het vaste frame heeft een beweegbare paal die een aluminium frame ondersteunt. Het aluminium dat het frame ondersteunt, houdt het leidingmodel boven het zeebodemmodel in de flume.

Dit schema geeft een overzicht van de setup. Houd er rekening mee dat er vier lagers zijn die ervoor zorgen dat het aluminium steunframe alleen verticaal kan trillen. Een drijfstang tussen de beweegbare paal en een servomotor drijft de beweging van het aluminium frame aan.

De opstelling is afhankelijk van de buisgeometrie. Dit duplicaat van het acrylpijpleidingmodel heeft een diameter van 35 millimeter. Pas het draagframe en de paal aan, zodat de onderkant van de pijpleiding één diameter boven het oorspronkelijke zeebodemoppervlak heeft.

Respecteer alle laserveiligheidsprotocollen en begin met de laser te werken. Plaats de 532 nanometer laser en optica voor velocimetrie op de top van het rookme. De optiek bevat elementen om een blad van verlichting te vormen.

Met de laser aan, pas de optica, zodat een vlakke plaat van verlichting wordt gevormd op het gebied van belang in het flume. Het blad moet langs het rookpunt centrum en parallel aan de zijwanden. Deze schematische voor- en zijaanzichten geven de positie van de laser en optica en de gecreëerde lasersheet in de setup aan.

Stel vervolgens de camera van het deeltje beeld velocimetrie apparaat. Gebruik een hoge snelheidscamera met de juiste brandpuntsafstand loodrecht op de laserplaat. Sluit de camera aan op een computer met de juiste besturingssoftware.

Met de camera aan, pas het gezichtsveld om ervoor te zorgen dat de pijpleiding vloeistof zeebodem regio zichtbaar is en het beeld is duidelijk. Om de opstelling te kalibreren, begint u met de zaaideeltjes. Dit aluminiumpoeder biedt deeltjes met een diameter van 10 micron.

Voeg ongeveer 20 gram zaaideeltjes toe aan het testgedeelte van de flume. Controleer of de camera de opzaaideeltjes scherp in beeld brengt. Plaats vervolgens een kalibratieliniaal in het gezichtsveld op het laserbladvlak en leg een kalibratieafbeelding vast.

Schakel na het kiezen van een samplingrate voor het verzamelen van gegevens de laser en camera uit. Voor het experiment, het verkrijgen van een transparante acryl plaat. Steun het over het testbed onder de laserbron en op het wateroppervlak om oppervlakteschommelingen te onderdrukken.

Dit diagram geeft details over het gebruik van snaren die aan de flumerails zijn bevestigd om de plaat in deze opstelling te ondersteunen. Zet vervolgens de servomotor op het frame aan. Dit zal beginnen te leiden tot gedwongen trillingen op de pijpleiding model.

Houd het trillingssysteem 24 uur draaiende. Zet na 24 uur de laser aan om de lichtplaat te maken. Start de camera en de besturingssoftware met behulp van de gekalibreerde instellingen.

Doe vervolgens de lichten uit en begin met het verzamelen van gegevens. Zodra de gegevens zijn verzameld, controleer dan of de zaaideeltjesdichtheid voor 32 bij 32 pixel ondervragingsvenster groter is dan acht voordat u extra gegevenssets verzamelt. Zodra alle gegevenssets zijn verzameld, begint u met de gegevensverwerking.

Werk met de velocimetriesoftware van het deeltjesbeeld met het geopende kalibratiebeeld. Ga vervolgens naar de werkbalk en klik op de knop Schaalinstellingen. Verplaats de kruisharen naar een markering op de afbeelding van de liniaal en tag deze.

Tag vervolgens een tweede markering op de afbeelding van de liniaal. Voer in het dialoogvak dat wordt geopend de afstand tussen de markeringen in volgens de liniaal. Let op de berekende schaal.

Ga terug naar de werkbalk en klik op de origin-knop. Van daaruit gebruikt u de muis om de oorsprong van de coördinaten voor alle gegevensafbeeldingen in te stellen. Klik op ja wanneer u klaar bent.

Klik vervolgens op het bestandsmenu en laad de eerste van de ruwe afbeeldingen die als gegevens zijn verzameld. Controleer of de andere bestanden toegankelijk zijn, maar ga terug naar het eerste bestand. Klik vervolgens op het parametermenu.

Voer in het dialoogvenster dialoog het aantal gegevensbestanden en de voorbeeldsnelheid in om alle afbeeldingen te laden. Sla de waarden op en sluit het vak. Ga nu naar het menu van het afbeeldingsfilter.

Breng daar het low pass filter aan. Klik op de werkbalk op de PTV-module. Volg dit door op traceringspunt te klikken.

Zoek vervolgens in de afbeelding het middelpunt op de rechterhelft van de pijplijnomtrek en selecteer deze. Maak de selectie goed voordat u op PTV-gereedschappen op de werkbalk klikt. Pas in het dialoogvak dat wordt geopend de instellingen voor gamma,lichtpoort en mediaanfilter aan om de pijplijncontour in de afbeelding eruit te selecteren.

Nadat u de wijzigingen hebt goedgekeurd, klikt u op de knop voor het bijhouden van objecten. Gebruik de muis om een identificeerbaar gedeelte van de pijplijn op de verwerkte afbeelding te selecteren. Zodra dit is gedaan, de software volgt de verplaatsing in de beelden en registreert de tijdreeks.

Nadat de gegevens zijn opgeslagen, gaat u naar PTV-hulpprogramma's en klikt u op PTV-hulpprogramma's. Klik in het dialoogvenster dialoog op de standaardknop en OK om de ruwe afbeelding voor volgende analyse te herstellen. Klik op PTV-module om de module te deactiveren.

Blijf op de werkbalk en open het parameterpaneel. Controleer de parameter snelheidsvectorberekening en anderen voordat u het dialoogvenster dialoog sluit. Ga vervolgens naar het menu van het afbeeldingsfilter.

Breng een laplacian filterfunctie aan op de ruwe afbeeldingen om de zaaiende deeltjes te markeren en ongewenst strooilicht eruit te filteren. Ga nu terug naar de werkbalk en klik op de grens. Gebruik de muis om het geometrische masker op de afbeeldingen in te stellen om het zeebodemgebied uit te sluiten.

Controleer of de grens is ingesteld. Wanneer u klaar bent, klikt u op grens opslaan om de grensgegevens op te slaan. Ga ten slotte naar de werkbalk en klik op de run-knop om de momentane snelheidsvelden te berekenen met behulp van de kruiscorrelatiemethode.

Exporteer en sla de gegevens van het momentane snelheidsveld op voor verdere analyse. Dit is een beeld van een quasi-evenwicht schuren profiel en trillende pijpleiding genomen na 24 uur van pijpleiding trillingen. De oorsprong voor analyse wordt vastgesteld op het snijpunt op het oorspronkelijke zeebodemoppervlak en de verticale middellijn van de pijpleiding.

Zaaideeltjes zijn zichtbaar, maar er hangen maar weinig sedimentdeeltjes in de stroom, wat suggereert dat het systeem zich in een quasi-evenwichtsstadium bevindt. Gegevens verzameld met het protocol maakt visualisatie van de fase gemiddelde snelheid veld en vorticity dynamiek. Deze video bestaat uit 72 frames van stroomvelden uit één pijplijntrilcyclus.

Deze methode kan ook worden toegepast om vortex geïnduceerde trillingsprocessen te onderzoeken, zoals pijpleidingtrillingen veroorzaakt door asymmetrie vortex vergieten.