Medir quantitativamente In situ Fluxos usando um Aparelho Autônomo de Velocimetria Underwater (SCUVA)

O objetivo geral do experimento a seguir é medir o movimento do fluido induzido pelo movimento ou por corpos estacionários em um ambiente de campo natural. Isso é conseguido usando o mergulho, que é implantado por um mergulhador dentro dos limites de mergulho seguros. Primeiro, o mergulhador identifica e nada até um alvo.

Depois de alinhar o aparelho em relação ao alvo e posicionar a folha de laser, o mergulhador ilumina e inicia a gravação de vídeo para capturar campos de partículas consecutivos ao longo do tempo após a conclusão do mergulho, a fim de produzir campos de velocidade ao redor de um alvo, os vídeos são baixados e processados. Os resultados da análise são obtidos. Que mostram fluxos no ambiente de campo natural após o transporte de fluidos por animais nadadores.

A principal vantagem de usar o mergulho em relação às técnicas de medição de laboratório, como imagem digital de partículas, simetria FLOS ou DPIV, é que agora você pode medir os movimentos do fluido em um ambiente de campo natural. E o que isso faz é nos permitir responder a perguntas-chave nos campos da oceanografia e biologia relacionadas ao desempenho da natação animal, predadores, interações de presas e ecologia. Este método pode ser usado para medir o fluxo em torno de animais nadadores ou polpas de coral ou interações bentônicas.

Também pode ser usado para medir fluxos em torno de estruturas feitas pelo homem. A demonstração visual desse método é fundamental, pois as medições de campo são difíceis de aprender, exigindo conhecimento das técnicas de medição e conforto com o mergulho noturno. Para iniciar este procedimento, obtenha fita de gravação de alta definição ou HD.

Certifique-se de que todos os componentes do S scuba tenham bateria suficiente e estejam funcionando corretamente. Prepare as caixas de laser e câmera para uso limpando as ranhuras do O-ring e os O-rings com a toalha limpa ou a graxa de toalhete fornecida pelo fabricante O-ring uniformemente nos O-rings e substitua-os nas ranhuras da carcaça. Além disso, limpe as aberturas do laser e da caixa da câmera para evitar a deformação da folha do laser e marcas na lente da caixa da câmera.

Em seguida, prepare-se para um teste de pressão colocando tiras de umidade de papel descartáveis nos alojamentos. Verifique as vedações do O-ring colocando as carcaças vazias em uma cuba cheia de água. Objetos pesados devem ser colocados em cima dos invólucros para submergi-los.

Como as caixas flutuam quando vazias após cinco a 10 minutos, remova as caixas da banheira e da toalha. Seque o exterior. Verifique se há umidade dentro dos mancais inspecionando as tiras de umidade.

Assim que as caixas passarem no teste de pressão, coloque os componentes de mergulho dentro das caixas. Conecte cápsulas de luz de descarga de alta intensidade à caixa da câmera. Certifique-se de que as luzes estejam orientadas de forma que iluminem a área diretamente à frente da câmera e do operador, mas não interfiram na manutenção da aderência nas alças e na operação dos controles da câmera.

Em um ambiente com pouca luz, uma folha de papel sensível à temperatura pode ser usada para determinar a orientação da folha a laser. Quando o feixe de laser estiver devidamente alinhado em relação à lente óptica instalada na caixa do laser, a combinação da lente do laser criará uma folha vertical de luz orientada perpendicularmente à caixa da câmera, usando acessórios de mergulho e o braço rígido ou extensível, conecte a caixa do laser e a caixa da câmera um ao outro. Certifique-se de que os mancais estejam firmemente presos e que os mancais não possam girar um em relação ao outro.

É fundamental que a folha de laser permaneça orientada perpendicularmente ao campo de visão da câmera. Devido às capacidades atuais de medição de mergulho, os mergulhos só podem ser realizados em locais com pouca luz ou à noite para evitar a interferência da luz natural com a luz do laser. Portanto, recomenda-se anoitecer ou mais tarde antes de entrar na água.

Ligue a caixa da câmera antes de entrar na água. A caixa da câmera possui um sensor eletrônico de umidade integrado que fornece avisos visuais em caso de umidade na caixa da câmera. O sensor só funciona quando a caixa da câmera está ligada.

O próximo passo é entrar na água e começar a configuração do equipamento e o experimento conforme descrito no protocolo escrito. Uma vez que o equipamento tenha sido configurado, calibre o mergulho gravando um objeto com dimensões conhecidas na folha de laser. Após o mergulho, uma constante de calibração pode ser extraída para converter o tamanho do campo de visão de unidades de pixels para centímetros ao encontrar um alvo.

As propriedades ambientais do fluxo a granel precisam ser determinadas. Se presente, a direção atual ditará o posicionamento do aparelho e do mergulhador em relação ao alvo. Durante as medições, a direção do fluxo a granel ao redor do alvo pode ser inferida observando as bolhas exaladas do mergulhador e observando seu movimento lateral.

Uma pequena quantidade de corante fluorescente também pode ser liberada para determinar a direção da corrente. Como o fluxo gerado pelo mergulhador pode ser uma fonte de erro de medição DPIV, o mergulhador não deve estar localizado a montante da posição alvo. A folha de laser paralela à direção da corrente de modo a maximizar o tempo de residência da partícula dentro da folha de laser, minimizando assim os erros de DPIV.

Em seguida, posicione o mergulho S para iluminar e registrar os movimentos fluidos ao redor de um alvo. Comece a gravar à medida que o alvo se move pelo campo de visão da câmera, evite movimentos rotacionais e fora do plano durante a gravação de vídeo. Depois de desligar todos os componentes do mergulho e restaurar o braço do laser à sua posição retraída, remova o mergulho da água, retire a câmera e as caixas do laser do braço.

Enxágue ou mergulhe o aparelho em água doce antes de secar para evitar ferrugem do aparelho. Depois que as carcaças estiverem secas, remova os componentes das carcaças, recarregue e substitua as baterias, se necessário. Para outro mergulho, conecte a câmera de vídeo a um computador e extraia o vídeo da fita HD usando um pacote de software de vídeo HD.

Após a extração de vídeo, determine o intervalo de vídeo a ser convertido em uma série de imagens para análise DPIV. Certifique-se de que as proporções de pixel e os tamanhos de imagem extraídos correspondam às configurações de vídeo HD. Importe essas imagens para o programa de processamento A-D-P-I-V a partir da calibração de mergulho pré-mergulho.

Insira a constante de calibração e selecione os parâmetros de captura de imagem, que são solicitados no pacote de software DPIV. Em seguida, gere os campos de velocidade a partir de imagens de partículas consecutivas. Etapas adicionais de pós-processamento, dependendo da qualidade e dos tipos de medições, também podem ser aplicadas quando a imagem é realizada corretamente.

As imagens de partículas ao redor do alvo devem ser nítidas e fáceis de distinguir, conforme mostrado neste campo de partículas in situ ao redor da aurélia em combinação com o pacote de software de processamento ADIV, os campos de velocidade de fluxo ao redor do alvo são revelados aqui. Vetores amarelos no campo de velocidade indicam magnitude e direção da velocidade do fluxo local. Se for coletado vídeo suficiente para fornecer uma série temporal de imagens, uma série temporal de campos de velocidade também pode ser determinada.

Imagens inadequadas podem resultar em campos de partículas cju pouco claros. Aqui é mostrado um campo de partículas ao redor do missi. A seta vermelha indica uma região de alta refletividade, o que resulta em saturação da imagem, dificultando a distinção entre partículas e o alvo.

Outro exemplo de imagem inadequada é aparente neste campo de partículas ao redor de tão errado aqui, a seta vermelha indica uma região de listras que resulta quando a taxa de fluxo não é amostrada em uma frequência alta o suficiente. Ao dominar este procedimento, as medições podem ser concluídas entre uma a duas horas, dependendo da duração do mergulho ao fazer esta técnica de medição, no entanto, é muito importante manter a flutuabilidade neutra adequada e também ter conhecimento suficiente das condições locais de mergulho antes de entrar na água. Não se esqueça de que trabalhar com lasers é extremamente perigoso, portanto, os devidos cuidados, como o alinhamento do laser, devem sempre ser seguidos ao trabalhar com este procedimento.

Seguindo este procedimento, o pós-processamento do MATLAB pode ser usado para responder a perguntas adicionais, como desempenho energético e taxas de fluxo.