Artykuł metodologiczny

Trójwymiarowa prędkość śledzenia cząstek do zastosowań turbulencyjnych: przypadek przepływu strumieniowego

DOI:

10.3791/53745

⸱

27 lutego 2016

 ,  ,  , 
1Department of Mechanical Science and Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign, 2School of Mechanical Engineering, Tel Aviv University, 3Department of Civil and Environmental Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign

W tym artykule

Podsumowanie

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

Trójwymiarowy system prędkości śledzenia cząstek (3D-PTV) oparty na szybkiej kamerze z czterostopniowym rozdzielaczem jest opisany tutaj. Technika ta jest stosowana do strumienia strumienia z okrągłej rury w pobliżu dziesięciu średnic w dół rzeki pod numerem Reynoldsa Re ≈ 7000.

Streszczenie

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

3D-PTV to ilościowa technika pomiaru przepływu, która ma na celu śledzenie lagranżowskich ścieżek zestawu cząstek w trzech wymiarach za pomocą stereoskopowego zapisu sekwencji obrazów. Podstawowe komponenty, funkcje, ograniczenia i wskazówki optymalizacyjne topologii 3D-PTV składającej się z szybkiej kamery z rozdzielaczem czterech widoków są opisane i omówione w tym artykule. Technikę tę stosuje się do pośredniego pola przepływu (5 temperaturze Re ≈ 7,000. Cechy przepływu lagrange'a i wielkości turbulencji w układzie Eulera są szacowane na około dziesięć średnic poniżej źródła dżetu i w różnych odległościach radialnych od jądra dżetu. Własności lagrange'a obejmują trajektorię, prędkość i przyspieszenie wybranych cząstek, a także krzywiznę ścieżki przepływu, które uzyskuje się z równania Freneta-Serreta. Oszacowanie prędkości i turbulencji 3D wokół osi rdzenia odrzutowca w płaszczyźnie poprzecznej znajdującej się w odległości dziesięciu średnic za dżetem jest porównywane z literaturą, a widmo mocy wielkoskalowych ruchów prędkości strumieniowych uzyskuje się w różnych odległościach radialnych od jądra dżetu.

Wprowadzenie

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

Turbulentne przepływy strumieniowe są wszechobecne w zastosowaniach inżynieryjnych. Szczegółowa charakterystyka takich przepływów ma kluczowe znaczenie w szerokim spektrum problemów praktycznych, począwszy od wielkoskalowych systemów odprowadzania zanieczyszczeń do środowiska, a skończywszy na elektronicznych urządzeniach w mikroskali. Ze względu na jego wpływ na szereg szerokich zastosowań, przepływy strumieniowe zostały dogłębnie zbadane 1-4. Kilka technik eksperymentalnych, w tym anemometriagorących drutów 4-8, laserowa prędkość dopplerowska (LDV)4,9-12 i p....

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

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

1. Bezpieczeństwo w laboratorium

  1. Zapoznaj się z wytycznymi bezpieczeństwa wybranego źródła oświetlenia (np. laser, przemysłowa dioda LED, halogen).
    Uwaga: w tym eksperymencie jako oświetlenie użyto zestawu pięciu reflektorów halogenowych o mocy 250 W. Podstawowe aspekty bezpieczeństwa i zalecenia dotyczące tego źródła światła są opisane w następujący sposób.
    1. Unikaj bezpośredniego kontaktu z lampami halogenowymi, które działają w wysokich temperaturach (temperatura barwowa ~3 000 K).
    2. Utrzymuj światło włączone tylko podczas pozyskiwania danych, aby uniknąć podgrzewania rozważanego przepływu.
    3. Trzymaj z dala od....

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

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

Zdjęcie i schemat konfiguracji są pokazane na rysunkach 1 i 2. Cel kalibracji, znaczniki odniesienia odbite na rozdzielaczu widoku i rekonstrukcja kalibracji 3D są zilustrowane na rysunku 3. Wartość skuteczna rozpoznanych wzorców kalibracji wynosi 7,3 μm, 5,7 μm i 141,7 μm w kierunkach x, y i głębokości z. Relatywnie wyższa wartość skuteczna we współrzędnej z wynika ze zmniejszonej liczby punktów.......

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

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

3D-PTV ma ogromny potencjał do rozwikłania złożonej fizyki różnych przepływów turbulentnych, takich jak wielkoskalowe ruchy turbulentne w niższych warstwach atmosfery25, dystrybucja powietrza w pomieszczeniach26 lub przepływy pulsacyjne w topologii aorty28 i wiele innych. Jednak zrozumienie jego zalet i ograniczeń, a także doświadczenia jest niezbędne, aby zmaksymalizować jego potencjał. Wstępne testowanie metodą prób i błędów oraz wyczerpujące iteracje w celu uzyskania optymalnych ustawi.......

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

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

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnego interesu finansowego.

Podziękowania

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

Ta praca była wspierana przez Wydział Nauk Mechanicznych i Inżynierii, University of Illinois w Urbana-Champaign, jako część pakietu startowego Leonardo P. Chamorro.

....

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Mikrotron 4CXP 4 tory CXP-6 CoaXPressImageOpsCAMMC4082Szybka kamera
Active Silicon FireBird CoaX Frame GrabberImageOpsFBD-4XCXP6Frame Grabber
100 μ m posrebrzane puste kule ceramicznePotters Industries LLCAG-SL150-30-TRDCząstki siewu
StreamPix6Upstate Wyposażenie techniczne CO., INCMISNOR-STP-6-S-CLAplikacja kamery
Rozdzielacz czterowidokowyPhotrack AGCzęść niestandardowa i niezbędna do wykonywania 3D-PTV za pomocą jednej kamery
250 watów Reflektor HalogenGeneral Electrics23719Źródło światła
OpenPTV (oprogramowanie)OpenPTV (http://www.openptv.net)Oprogramowaniedo śledzenia cząstek typu open source (Uwaga: dostępne jako usługa dla każdego, kto chce z niego korzystać bez całego bałaganu instalacyjnego lub problemów z dostępnością mocy komputera).

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Wygnanski, I., Fiedler, H. Some measurements in the self preserving jet. , Cambridge university press. (1968).
  2. Rajaratnam, N. Turbulent jets. , Elsevier. (1976).
  3. Panchapakesan, N., Lumley, J.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Analiza przep ywu strumienialagran owski opis przep ywukonfiguracja kamery wysokich pr dko cidzielnik czterowidokowykalibracja obj to ci interogacyjnejodpowiednio stereoskopowaanaliza trajektorii cz stek

Powiązane artykuły