Artykuł metodologiczny

Wizualizacja pola przepływu wokół rurociągu wibracyjnego w obrębie równowagowego otworu płuczącego

DOI:

10.3791/59745

26 sierpnia 2019

W tym artykule

Podsumowanie

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

Celem protokołu jest umożliwienie wizualizacji szczegółowych pól przepływu oraz określenie naprężeń bliskich granicy ścinania i normalnych w równowagowym otworze płuczkowym wywołanym przez wibrujący rurociąg.

Streszczenie

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

W tym artykule przedstawiono eksperymentalną metodę, która ułatwia wizualizację szczegółowych pól przepływu i określenie naprężeń bliskich granicy ścinania i normalnych w równowagowym otworze płuczkowym wywołanym przez wibrujący rurociąg. Metoda ta polega na wdrożeniu systemu drgań rurociągu w prostym korycie, systemu czasowo-rozdzielczego obrazu obrazu cząstek (PIV) do śledzenia przemieszczeń rurociągów i pomiarów pól przepływu. Szeregi czasowe przemieszczenia rurociągu wibracyjnego uzyskuje się za pomocą algorytmów korelacji krzyżowej. Opisano etapy przetwarzania obrazów surowych zawierających cząstki uzyskanych przy użyciu PIV z rozdzielczością czasową. Szczegółowe pola chwilowego przepływu wokół wibrującego rurociągu w różnych fazach drgań są obliczane przy użyciu algorytmu korelacji krzyżowej w wielu odstępach czasu, aby uniknąć błędu odchylenia przemieszczenia w obszarach przepływu o dużym gradiencie prędkości. Dzięki zastosowaniu techniki transformacji falkowej, przechwycone obrazy, które mają tę samą fazę drgań, są dokładnie katalogowane przed uzyskaniem uśrednionych fazowo pól prędkości. Kluczowymi zaletami techniki pomiaru przepływu opisanej w tym artykule jest to, że ma ona bardzo wysoką rozdzielczość czasową i przestrzenną oraz może być jednocześnie wykorzystywana do uzyskiwania dynamiki rurociągu, pól przepływu i naprężeń przepływu w pobliżu granicy. Dzięki zastosowaniu tej techniki można przeprowadzić bardziej dogłębne badania dwuwymiarowego pola przepływu w złożonym środowisku, takim jak to wokół wibrującego rurociągu, aby lepiej zrozumieć związany z tym wyrafinowany mechanizm szorowania.

Wprowadzenie

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

Podmorskie rurociągi są powszechnie używane w środowiskach morskich do transportu płynów lub produktów węglowodorowych. Kiedy rurociąg jest umieszczany na erodowalnym dnie morskim, wokół rurociągu prawdopodobnie utworzy się otwór podmywkowy z powodu fal, prądów lub dynamicznych ruchów samego rurociągu (wibracje wymuszone lub wibracje wywołane wirem)1,2. Aby lepiej zrozumieć mechanizm szorowania wokół rurociągu podmorskiego, oprócz pomiarów wymiaru otworu płuczkowego, niezbędne są pomiary pól przepływu turbulentnego oraz oszacowanie ścinania złoża i naprężeń normalnych w obszarze interakcji rurociąg-płyn-dno morskie1,2,3,4,5,6,7. W środowisku, w którym ścinanie podłoża i naprężenia normalne są niezwykle trudne do określenia, ponieważ pole przepływu jest niestabilne, a dolna granica jest szorstka, zmierzone chwilowe naprężenia przygraniczne (na wysokości około 2 mm powyżej granicy) mogą być używane jako ich substytut8,9. W ciągu ostatnich kilku dekad badano i publikowano przeszukiwanie wokół wibrującego rurociągu bez ilościowego przedstawiania wartości wyrafinowanych pól przepływu wokół rurociągu w obrębie otworu szorującego3,4,5,10,11,12,13,14,15,16,17,18. W związku z tym celem niniejszej pracy metodycznej jest dostarczenie nowatorskiego protokołu eksperymentalnego do wizualizacji szczegółowych pól przepływu oraz określenie ścinania przygranicznego i naprężeń normalnych w równowagowym otworze płuczącym indukowanym przez rurociąg o wymuszonych wibracjach. Należy zauważyć, że proces interakcji rurociąg-płyn-dno morskie w tym badaniu odbywa się w spokojnym środowisku wodnym, a nie w tych, w których występują jednokierunkowe prądy i fale.

Ta eksperymentalna metoda składa się z dwóch ważnych elementów, a mianowicie: (1) symulacji (wymuszonych) drgań rurociągu; oraz (2) pomiarów pól przepływu wokół rurociągu. W pierwszym komponencie rurociąg wibracyjny został zasymulowany w eksperymentalnym kanale za pomocą układu wibracyjnego, który składa się z serwomotoru, dwóch sprężyn łączących i ram nośnych rurociągu. Różne częstotliwości i amplitudy drgań można symulować, dostosowując prędkość silnika i położenie sprężyn łączących. W drugim komponencie zastosowano techniki czasowo-rozdzielczej prędkości obrazu cząstek (PIV) i transformacji falkowej w celu uzyskania danych o wysokiej rozdzielczości czasowej i przestrzennej pola przepływu w różnych fazach drgań rurociągu. System PIV z rozdzielczością czasową składa się z lasera o fali ciągłej, szybkiej kamery, cząstek zasiewających i algorytmów korelacji krzyżowej. Chociaż techniki PIV są szeroko stosowane w uzyskiwaniu stałych pól przepływu turbulentnego19,20,21,22,23,24,25, zastosowania w złożonych warunkach pola o nieustalonym przepływie, takie jak przypadki interakcji rurociąg-płyny-dno morskie, są stosunkowo ograniczone8,9,26,27. Powodem jest prawdopodobnie to, że tradycyjny algorytm korelacji krzyżowej z pojedynczym przedziałem czasowym technik PIV nie jest w stanie dokładnie uchwycić cech przepływu w polach o nieustalonym przepływie, w których występuje stosunkowo wysoki gradient prędkości9,20. Metoda opisana w tym artykule może rozwiązać ten problem przy użyciu algorytmu korelacji krzyżowej z wieloma przedziałami czasowymi9,28.

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

Protokół

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

1. Kontrola bezpieczeństwa w laboratorium

  1. Zapoznaj się z zasadami bezpieczeństwa związanymi z użytkowaniem systemu lasera i kanałów.
  2. Upewnij się, że wymagania laboratorium w zakresie szkolenia w zakresie bezpieczeństwa zostały spełnione.
    UWAGA: W tym eksperymencie użyto zestawu chłodzonego powietrzem lasera o mocy 5 W o długości fali 532 nm i szklanym prostym korycie (Rysunek 1) o wymiarach 11 m długości, 0,6 m szerokości i 0,6 m głębokości. Podstawowe zalecenia dotyczące bezpieczeństwa dla tych dwóch urządzeń są następujące:
    1. Przed testowaniem sprawdź potencjalne powierzchnie odbicia w linii wzroku lasera; podczas obsługi urządzenia laserowego należy nosić okulary ochronne.
    2. Podczas eksperymentów unikaj patrzenia na poziom wiązki laserowej i uważaj na odbite światło laserowe podczas obchodzenia się z elementami optycznymi lub narzędziami odblaskowymi.
    3. Upewnij się, że wąż wodny nie spada i że woda zawsze nie wylewa się z koryta.

2. Konfiguracja modelu koryta i dna morskiego

  1. Przygotuj erodowalny model dna morskiego znajdujący się w środku koryta.
    UWAGA: Materiałem osadowym użytym w tym badaniu był równomiernie rozłożony piasek średni o medianie wielkości ziarna d50 = 0,45 mm, względnej gęstości cząstek zanurzonych Δ = 1,65 i geometrycznym odchyleniu standardowym σg = 1,30.
  2. Zagęścić i wyrównać dno morskie za pomocą niwelatora piasku.
  3. Powoli napełnij koryto wężem wodnym i upewnij się, że płaska powierzchnia dna morskiego jest nienaruszona podczas procesu napełniania; przerwij napełnianie, gdy poziom wody osiągnie głębokość 0,4 m nad dnem morskim.
  4. Oczyść górną platformę koryta i szybę w celu ustawienia modelu rurociągu i systemu PIV.

3. Model rurociągu i konfiguracja systemu wibracji

  1. Użyj prefabrykowanego modelu rurociągu w postaci akrylowego cylindra o średnicy 35 mm i długości 0,56 m.
  2. Zamontuj model rurociągu na aluminiowej ramie nośnej, która z kolei jest połączona dwiema sprężynami z ruchomym słupem na innej stałej ramie, która jest zablokowana na górnych szynach kanału, jak pokazano na Rysunek 2. Zamocuj ramę nośną wewnątrz ramy stałej za pomocą czterech łożysk, aby zapewnić, że rama nośna może swobodnie wibrować tylko w kierunku pionowym (Rysunek 2).
  3. Użyj korbowodu, aby przymocować ruchomy słup do serwomotoru zamontowanego na górze stałej ramy. W tym badaniu masa zmontowanego układu wibracyjnego, wraz z modelem rurociągu i ramami aluminiowymi, wynosi 1,445 kg, co daje równoważny stosunek masy (m*) 2,682; częstotliwość drgań własnych (fN) 0,82 Hz; i współczynnik tłumienia (ζ) 0,124.
  4. Wyreguluj ruchomy słup i ramę nośną, aby uzyskać pewien stosunek szczeliny między rurociągiem a dnem morskim. W tym badaniu G / D = 1, gdzie G jest pionową odległością między dnem rurociągu a początkową powierzchnią dna morskiego; a D to średnica rurociągu.
  5. Włącz serwomotor, aby wywołać wymuszone wibracje na rurociągu; wyreguluj ramy nośne i cztery łożyska, aby upewnić się, że wibracje rurociągu są wzdłuż kierunku pionowego. Wyłącz serwomotor po zakończeniu regulacji ram nośnych.
  6. Zagęścić i ponownie wyrównać dno morskie przed uruchomieniem eksperymentu, jeśli model dna morskiego zostanie naruszony w 3.5.

4. Konfiguracja PIV

  1. Umieść urządzenie laserowe na górze kanału i zainstaluj optykę formującą arkusz laserowy.
  2. Włącz urządzenie laserowe i wyreguluj optykę formowania arkusza laserowego tak, aby powstała podświetlana płaska blacha wewnątrz pola zainteresowania.
    UWAGA: W tym badaniu podświetlany zielony arkusz laserowy ma grubość 1,5 mm, jest równoległy do szklanych ścianek kanału i jest rzucany w dół do wody wzdłuż linii środkowej koryta. Obszar zainteresowania tego badania odnosi się do obszaru interakcji rurociąg-płyn-dno morskie i jest ograniczony do prawej połowy strony rurociągu. Cień rurociągu będzie widoczny po lewej połowie rurociągu.
  3. Konfiguracja kamery o dużej szybkości.
    UWAGA: Do tego badania używana jest szybka kamera z pamięcią 12 gigabajtów i maksymalną rozdzielczością 2,3 Mpx (1920×1200) (np. Phantom Miro LAB 320). Szczegółowe procedury operacyjne są następujące:
    1. Zamontuj obiektyw o odpowiedniej ogniskowej na szybkostrzelnej kamerze. Przykręć szybką kamerę do statywu o regulowanej wysokości; Ustaw kamerę na poziomie obszaru obserwacji tak, aby jej oś była prostopadła do podświetlanej blachy laserowej.
      UWAGA: W tym badaniu wykorzystano obiektyw stałoogniskowy 60 mm przy maksymalnym otworze przysłony f/2,8.
    2. Podłącz aparat do komputera za pomocą Ethernet i włącz oprogramowanie sterujące aparatem (np. Phantom PCC 2.6); włącz aparat i podłącz go do komputera w interfejsie oprogramowania sterującego kamerą.
    3. Wyreguluj statyw tak, aby upewnić się, że pole widzenia kamery obejmuje obszar interakcji rurociąg-płyn-dno morskie; wypoziomuj kamerę za pomocą wbudowanej poziomicy na statywie; dostrój pierścień ostrości na obiektywie, aby upewnić się, że arkusz laserowy jest wyraźny na płaszczyźnie ogniskowej.

5. Eksperymentalna optymalizacja konfiguracji i kalibracja

  1. Dodać cząstki wysiewu PIV do sekcji testowej koryta.
    UWAGA: Cząstkami wysiewającymi użytymi w tym badaniu były proszki aluminiowe o średnicy 10 μm i gęstości właściwej 2,7.
  2. W razie potrzeby zwiększ natężenie światła arkusza laserowego.
  3. Sprawdź ostrość kamery, obserwując oświetlone cząstki wysiewu na arkuszu laserowym przez widok z kamery na żywo na komputerze; w razie potrzeby dostosuj pierścień ostrości, aby upewnić się, że cząstki wysiewu są ostre i ostre.
  4. Umieść linijkę kalibracyjną w polu widzenia na płaszczyźnie arkusza laserowego i uchwyć jeden obraz kalibracyjny.
    UWAGA: Przyjęta rozdzielczość obrazu w tym badaniu wynosiła 1600 × 1200 pikseli.
  5. Wybierz odpowiednią częstotliwość próbkowania do zbierania danych.
    UWAGA: Wybrana częstotliwość próbkowania powinna zapewnić, że przemieszczenie cząstek zasiewających w parze obrazów jest mniejsze niż 50% maksymalnej długości okna przesłuchań. W tym badaniu maksymalny rozmiar okna przesłuchania wynosi 32 × 32 piksele, a przyjęta częstotliwość próbkowania to 200 klatek na sekundę.
  6. Wyłącz laser i kamerę po wykonaniu kroków 5.1-5.5.

6. Przeprowadzanie eksperymentu i zbieranie danych

  1. Umieść przezroczystą płytkę akrylową (o grubości 20 mm) poniżej źródła lasera i na powierzchni wody, aby stłumić wahania powierzchni wody i zapewnić spokojny dostęp optyczny dla światła laserowego.
  2. Włącz serwomotor, aby wywołać wymuszone wibracje na modelu rurociągu.
    UWAGA: W tym badaniu indukowana częstotliwość serwomotoru wynosi f0 = 0,3 Hz.
  3. Utrzymuj system wibracyjny w ruchu przez (t =) 1440 minut, aby uzyskać quasi-równowagowy otwór płuczący pod wibrującym rurociągiem.
  4. Włącz laser i dostosuj moc wyjściową do optymalnej intensywności. Włącz aparat i oprogramowanie sterujące aparatem, a następnie zastosuj skalibrowane ustawienia do aparatu. Wyłącz światła tła w laboratorium.
  5. Rozpocznij rejestrowanie obrazu pola przepływu obciążonego cząstkami z częstotliwością próbkowania wybraną w 5.6, klikając przycisk Przechwyć dół w oprogramowaniu sterującym oprogramowaniem kamery.
    UWAGA: Dla każdego pojedynczego nagrania w tym badaniu pamięć kamery pozwala na uchwycenie 1 000 zdjęć.
  6. Po zakończeniu zbierania danych przejrzyj jakość zarejestrowanego obrazu i sprawdź, czy gęstość cząstek zasiewających na okno przesłuchania (32×32 pikseli) jest większa niż 8. Zapisz nagrany plik, jeśli jesteś zadowolony, w przeciwnym razie gęstość wysiewu zwiększa się poprzez powolne wstrzykiwanie roztworów wysiewu w obszar obserwacji i powtórz kroki 6.3-6.5.
  7. Powtórz kroki 6.3-6.5, aby zebrać więcej zestawów danych.
    UWAGA: Na potrzeby tego badania wykonano ponad 20 000 zdjęć, aby zapewnić uzyskanie wystarczającej ilości surowych danych do obliczenia prędkości przepływu, wirowości, turbulencji i naprężeń przygranicznych.
  8. Wyłącz urządzenie laserowe, kamerę i silnik serwera, gdy wszystkie dane zostaną zakończone; włącz światła tła w laboratorium.

7. Przetwarzanie danych

  1. Otwórz oprogramowanie; kliknij przycisk File folder na pasku narzędzi i załaduj obraz kalibracji wykonany w kroku 5.4.
    UWAGA: Użyj programu do przetwarzania danych do śledzenia przemieszczeń rurociągów i oprogramowania do obliczeń pola przepływu (np. PISIOU).
  2. Kliknij przycisk Ustawienia skali na pasku narzędzi; zmierz znaną odległość na obrazie kalibracji, aby obliczyć skalę obrazu.
    UWAGA: Obliczona skala obrazu wynosiła 0,1694 mm/piksel.
  3. Kliknij przycisk Początek na pasku narzędzi; ustaw początek współrzędnych na każdym obrazie.
  4. Wyodrębnij szeregi czasowe przemieszczenia wibrującego rurociągu z zarejestrowanych obrazów.
    1. Załaduj obrazy RAW zrobione w kroku 6. Następnie kliknij panel Parametry, wprowadź liczbę plików danych i częstotliwość próbkowania.
    2. Zastosuj filtr dolnoprzepustowy w menu Filtr obrazu.
      UWAGA: Ta operacja pozwoli na łatwe rozpoznanie krawędzi potoku (celu, który ma być śledzony) na przetwarzanych obrazach (patrz Rysunek 3a).
    3. Na pasku narzędzi kliknij moduł PTV. Następnie kliknij przycisk Punkt śledzenia, wybierz punkt środkowy rurociągu. Przejdź do narzędzi PTV, dostosuj Gamma, Light Gate i Mediana Filter, aby wyróżnić kontur potoku na obrazie. Kliknij przycisk Śledzenie obiektów na pasku narzędzi; wybrać obszar docelowy (tj. rurociąg) na przetwarzanym obrazie i śledzić przemieszczenie wibrującego rurociągu na podstawie kolejnych przetworzonych obrazów; zapisz szereg czasowy przemieszczenia, η(t), wibrującego rurociągu dla kolejnych procesów danych pola przepływu (patrz Rysunek 4).
    4. Eksportuj i zapisz dane szeregów czasowych przemieszczenia rurociągu w celu dalszych obliczeń.
  5. Określ pola prędkości chwilowych na podstawie zarejestrowanych obrazów.
    1. Przejdź do narzędzi PTV, kliknij przycisk Domyślne, aby wznowić surowy obraz do późniejszej analizy PIV. Dezaktywuj moduł PTV, klikając moduł PTV. Otwórz panel Parametr na pasku narzędzi; Określ parametr obliczania wektora prędkości.
      UWAGA: W tym badaniu zastosowano wieloprzebiegowy proces iteracji jako okna przesłuchań, które zaczynały się od 32 × 32 pikseli, następnie przechodziły z 16 × 16 pikselami, a kończyły się na 8 × 8 pikselach; Wszystkie przejścia nakładają się w 50% na sąsiednie okna podrzędne.
    2. Zastosuj funkcję filtra Laplace'a w menu Filtr obrazu do surowych obrazów, aby podświetlić cząstki zasiewające i odfiltrować niepożądane światło rozpraszające (patrz Rysunek 3c).
    3. Kliknij przycisk Granica na pasku narzędzi, ustaw maskę geometryczną na obrazach, aby wykluczyć obszar dna morskiego w celu dalszych obliczeń. Kliknij przycisk Zapisz obwiednię, aby zapisać dane obwiedni.
    4. Kliknij przycisk Uruchom na pasku narzędzi, aby obliczyć pola prędkości chwilowej dla różnych faz drgań przy użyciu metody korelacji krzyżowej.
      UWAGA: W tym badaniu zastosowano algorytm wieloczasowy w celu zmniejszenia błędu odchylenia spowodowanego wysokim gradientem prędkości w polu przepływu (patrz Rysunek 5). Przyjęte wielokrotne przedziały czasowe do obliczeń korelacji krzyżowej to Δt, 3Δt, 9Δt i 21Δtt = 5 ms). Zadowalające kryterium korelacji jest większe niż 70%.
    5. Eksportuj i zapisuj dane pól prędkości chwilowej do dalszej analizy.
  6. Wyznacz pola prędkości uśrednione fazowo z obliczonych pól prędkości chwilowych za pomocą algorytmu opisanego w Newland 199429,30 i Hsieh 200828.
    UWAGA: Procedury obliczeniowe dla tego kroku są opisane w następujący sposób:
    1. Zastosuj funkcję transformacji falkowej do szeregu czasowego przemieszczenia, η(t) wibrującego rurociągu, aby uzyskać fazę chwilową dla każdego pola prędkości chwilowej. Funkcja transformaty falkowej jest zdefiniowana jako:
      figure-protocol-1 (1)
      gdzie WΨ jest współczynnikiem falkowym; α i β są odpowiednio parametrami skali i translacji; funkcja Ψ jest funkcją Morleta i jest obliczana jako figure-protocol-2; indeks górny "*" oznacza sprzężenie zespolone. Chwilowe fazy, Φ, wibrującego rurociągu, które odpowiadają różnym przemieszczeniom rurociągu, można obliczyć ze wzoru:
      figure-protocol-3 (2)
    2. Uśrednij pola prędkości chwilowej o tej samej fazie, aby uzyskać pola prędkości uśrednione fazowo.
    3. Wyznacz wirowość przepływu, ω2, w obliczonych polach prędkości uśrednionych fazowo od:
      figure-protocol-4 (3)
      gdzie figure-protocol-5 i figure-protocol-6 są prędkościami uśrednionymi fazowo wzdłuż kierunków x i y.
  7. Załaduj obliczone uśrednione fazowo dane prędkości i wirowości do oprogramowania Tecplot w celu wizualizacji.
  8. Określ naprężenia ścinające i normalne w pobliżu granicy na podstawie obliczonych pól prędkości chwilowej za pomocą algorytmu opisanego w Hsieh i in. 2016 9. Procedury obliczeniowe dla tego kroku są opisane w następujący sposób:
    1. Wyodrębnij dane dotyczące prędkości przygranicznej (0-5 mm nad dnem morskim) z obliczonych pól przepływu prędkości uśrednionych fazowo.
    2. Obliczyć naprężenia ścinające przygraniczne t s i naprężenia normalne tn wzdłuż profilu szorowania (około 2 mm powyżej granicy otworu płuczkowego) dla różnych faz w jednym cyklu wibracyjnym. Uwaga: Równania obliczeniowe są następujące:
      figure-protocol-7, figure-protocol-8 (4)
      gdzie, μ = lepkość dynamiczna płynu (tutaj przyjmowana jako 1×10-3 Pa∙s); up = prędkość bliska granicy równoległa do łoża; un = prędkość bliska granicy prostopadła do łoża; n = normalna odległość od łóżka.
  9. Załaduj obliczone dane ścinania przygranicznego i naprężeń normalnych do oprogramowania (np. Tecplot) w celu wizualizacji.

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

Wyniki

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

Przykład porównania między surowym obrazem a przetworzonym obrazem śledzenia przemieszczeń rurociągu i obliczenia prędkości chwilowej jest pokazany w Rysunek 3. Jak pokazano na rysunku Rysunek 3b), cząstki zasiewu i szum na surowym obrazie są odfiltrowywane, a błyszcząca krawędź rurociągu jest zachowywana, aby uzyskać szereg czasowy przemieszczenia. Jak pokazano na rysunkach 3c, rozproszenie/odbicie światła wokół cząstek wysiewu...

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

Dyskusja

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

Protokół przedstawiony w niniejszej pracy opisuje metodę wizualizacji dwuwymiarowych pól przepływu oraz wyznaczania przygranicznych pól naprężeń przepływu wokół rurociągu o wymuszonych drganiach w równowagowym otworze płuczącym z wykorzystaniem technik PIV. Ponieważ projektowany ruch rurociągu jest jednowymiarowy wzdłuż kierunku y, przygotowanie i dostosowanie modelu rurociągu i systemu drgań do spełnienia tego celu jest krytycznym warunkiem wstępnym pomyślnego wyniku. Wszelkie niepożądane ruchy rurociągu w kier...

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

Oświadczenia

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

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

Ta praca była wspierana przez Fundusz Młodych Naukowców Narodowej Fundacji Nauk Przyrodniczych Chin (51709082) oraz Fundusze Badań Podstawowych dla Uniwersytetów Centralnych (2018B13014).

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

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Oprogramowanie do sterowania kamerąVision ResearchPhantom PCC 2.6Sterowanie kamerą, akwizycja i przetwarzanie danych obrazu
Obiektyw aparatuNikon ChiyodaNikor  60mm, obiektyw stałoogniskowy f=2.8
Laser o fali ciągłej Beijing Laserwave optoelectronics technology co., Ltd.PIV Źródło lasera; Laser Nd:YAG, 532 nm; chłodzenie powietrzem
Szybka kameraVision ResearchPhantom Miro LAB 320Rejestracja danych obrazu
Laserowe formowanie arkuszy optyka Thorlabs IncPrzekształć laser punktowy w cienki arkusz laserowy
Model rurociąguZONCEPZ SOLUTIONSCylinder akrylowy o średnicy 35 mm
System wibracyjny rurociąguZONCEPZ SOLUTIONSSkłada się z silnika odcinającego, dwóch sprężyn łączących i ram nośnych rurociągu.
Oprogramowanie do obliczania PIVAXESEA Engineering Technology Limited Co.PISIOUPrzetwarzanie danych obrazowych w celu uzyskania pól przepływu i przemieszczeń rurociągów
Materiały siewne PIVShimakyuProszek aluminiowy o średnicy 10um
Koryto recyrkulacyjne SZU ENGINEERING PTE LTDPrzeszklony, 11 m długości, 0,6 m szerokości i 0,6 m głębokości
TrójnógMANFROTTOSKU MT190GOC4US 410Camara

Bibliografia

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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).

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

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

Powiązane artykuły