Visualização do campo de fluxo em torno de um encanamento vibratório dentro de um furo de Scour do equilíbrio

Este protocolo experimental é para visualizar os campos de fluxo de detalhes e a parte próxima da fronteira em tensões normais dentro de um buraco de varredura de equilíbrio induzido por um gasoduto vibratório forçado. A principal vantagem desta técnica de medição é sua capacidade de obter simultaneamente dinâmicas de tubulação, campos de fluxo e tensões de fluxo próximos em alta resolução. Usando essa técnica, estudos mais aprofundados do campo de fluxo bidimensional em um ambiente complexo podem ser conduzidos para entender melhor o mecanismo de varredura.

O experimento ocorre em um flume de 11 metros de comprimento. A seção transversal é quadrada com comprimento lateral de 0,6 metros. Esta visão esquemática do flume fornece detalhes adicionais, incluindo a localização de um modelo de fundo do mar erodível.

O nível da água está 0,4 metros acima do fundo do mar. No modelo do fundo do mar, use areia média uniformemente distribuída que foi compactada e nivelada. Tenha a estrutura para o sistema de vibração no lugar sobre o flume.

Isso consiste em um quadro fixo que está travado nos trilhos superiores do flume. A estrutura fixa tem um poste movevel que suporta uma estrutura de alumínio. O suporte de alumínio da estrutura mantém o modelo de tubulação acima do modelo do fundo do mar no flume.

Este esquema fornece uma visão geral da configuração. Observe que existem quatro rolamentos que garantem que a estrutura de suporte de alumínio só possa vibrar verticalmente. Uma haste de conexão entre o polo móvel e um motor servo conduz o movimento da estrutura de alumínio.

A configuração depende da geometria do tubo. Esta duplicata do modelo de adutora acrílica tem um diâmetro de 35 milímetros. Ajuste o quadro de suporte e o polo para que a parte inferior do gasoduto esteja um diâmetro acima da superfície inicial do fundo do mar.

Respeite todos os protocolos de segurança a laser e comece a trabalhar com o laser. Coloque o laser de 532 nanômetros e a óptica para a velcimetria em cima do flume. A óptica inclui elementos para formar uma folha de iluminação.

Com o laser ligado, ajuste a óptica para que uma folha plana de iluminação seja formada no campo de interesse do flume. A folha deve estar ao longo do centro de flume e paralela às suas paredes laterais. Estas visões dianteiras e laterais esquemáticas indicam a posição do laser e da óptica e a folha de laser criada na configuração.

Em seguida, configure a câmera do aparelho de velocimetria de imagem de partículas. Use uma câmera de alta velocidade com a distância focal apropriada direcionada perpendicularmente à folha de laser. Conecte a câmera a um computador com o software de controle correto.

Com a câmera em ação, ajuste o campo de visão para garantir que a região do fundo do mar fluida do gasoduto seja visível e a imagem seja clara. Para calibrar a configuração, comece com as partículas de semeadura. Este pó de alumínio fornece partículas com um diâmetro de 10 mícrons.

Adicione cerca de 20 gramas de partículas de semeadura à seção de teste do flume. Verifique se a câmera traz as partículas de semeadura em foco acentuado. Em seguida, coloque uma régua de calibração dentro do campo de visão no plano da folha de laser e capture uma imagem de calibração.

Depois de escolher uma taxa de amostragem para coleta de dados, desligue o laser e a câmera. Para o experimento, obtenha uma placa de acrílico transparente. Apoie-o sobre o leito de teste abaixo da fonte de laser e na superfície da água para suprimir flutuações superficiais.

Este diagrama fornece detalhes do uso de cordas presas aos trilhos de flume para apoiar a placa nesta configuração. Em seguida, ligue o servo motor na moldura. Isso começará a induzir vibrações forçadas no modelo de tubulação.

Mantenha o sistema de vibração funcionando por 24 horas. Depois de 24 horas, ligue o laser para criar a folha de luz. Inicie a câmera e seu software de controle usando as configurações calibradas.

Em seguida, desligue as luzes e comece a coleta de dados. Uma vez coletados os dados, verifique se a densidade de partículas semeadas para 32 por 32 pixels de janela de interrogatório é maior que oito antes de coletar conjuntos de dados adicionais. Uma vez que todos os conjuntos de dados tenham sido coletados, inicie o processamento de dados.

Trabalhe com o software de velocimetria de imagem de partículas com a imagem de calibração aberta. Em seguida, vá até a barra de ferramentas e clique no botão de configuração da escala. Mova a mira para uma marca na imagem da régua e marque-a.

Em seguida, marque uma segunda marca na imagem da régua. Na caixa de diálogo que abre, entre a distância entre as marcas de acordo com a régua. Note a escala que é calculada.

Volte para a barra de ferramentas e clique no botão de origem. A partir daí, use o mouse para definir a origem das coordenadas para todas as imagens de dados. Clique em sim quando terminar.

Em seguida, clique no menu do arquivo e carregue a primeira das imagens brutas coletadas como dados. Verifique se os outros arquivos estão acessíveis, mas retorne ao primeiro arquivo. Em seguida, clique no menu do parâmetro.

Na caixa de diálogo, digite o número de arquivos de dados e a taxa de amostra para carregar todas as imagens. Salve os valores e feche a caixa. Agora, vá para o menu do filtro de imagem.

Lá, aplique o filtro de passagem baixa. Na barra de ferramentas, clique no módulo PTV. Siga isso clicando no ponto de rastreamento.

Em seguida, na imagem, encontre o ponto central na metade direita da circunferência do gasoduto e selecione-o. Ok a seleção antes de clicar em ferramentas PTV na barra de ferramentas. Na caixa de diálogo que abre, ajuste as configurações do portão gama, do portão de luz e da mediana para destacar o contorno do pipeline na imagem.

Depois de aprovar as alterações, clique no botão de rastreamento do objeto. Use o mouse para selecionar uma parte identificável do pipeline na imagem processada. Uma vez feito isso, o software rastreia o deslocamento nas imagens e registra a série temporal.

Depois que os dados forem salvos, vá e clique nas ferramentas PTV. Na caixa de diálogo, clique no botão padrão e OK para recuperar a imagem bruta para análise posterior. Clique no módulo PTV para desativar o módulo.

Permaneça na barra de ferramentas e abra o painel do parâmetro. Verifique o parâmetro de cálculo do vetor de velocidade e outros antes de fechar a caixa de diálogo. Em seguida, vá para o menu do filtro de imagem.

Aplique uma função de filtro laplaciano nas imagens brutas para destacar as partículas de semeadura e filtrar a luz dispersa indesejada. Agora, volte para a barra de ferramentas e clique no limite. Use o mouse para definir a máscara geométrica nas imagens para excluir a região do fundo do mar.

Confirme que o limite foi definido. Quando terminar, clique em salvar limites para salvar os dados de limite. Finalmente, vá até a barra de ferramentas e clique no botão executar para calcular os campos de velocidade instantânea usando o método de correlação cruzada.

Exporte e salve os dados do campo de velocidade instantânea para análise suplementar. Esta é uma imagem de um perfil de varredura quase-equilíbrio e um oleoduto vibratório tomado após 24 horas de vibração do gasoduto. A origem para análise é definida no ponto de intersecção na superfície original do fundo do mar e na linha central vertical do gasoduto.

Partículas de semeadura são visíveis, mas pouquíssimas partículas de sedimentos são suspensas no fluxo, sugerindo que o sistema está em um estágio de quase-equilíbrio. Os dados coletados com o protocolo permitem a visualização do campo de velocidade mediano de fase e dinâmica de vorticidade. Este vídeo consiste em 72 quadros de campos de fluxo de um ciclo de vibração de tubulação.

Este método também pode ser aplicado para investigar processos de vibração induzidos por vórtice, como vibração do gasoduto induzida pelo derramamento de vórtice de assimetria.