Kantitatif Ölçüm In situ Akımlar

Aşağıdaki deneyin genel amacı, doğal bir alan ortamında hareketli veya sabit cisimlerin neden olduğu akışkan hareketini ölçmektir. Bu, güvenli dalış sınırları içerisinde bir tüplü dalgıç tarafından konuşlandırılan scuba ekipmanı kullanılarak gerçekleştirilir. İlk olarak, dalgıç bir hedef belirler ve oraya doğru yüzer.

Düzenek hedefle hizalandıktan ve lazer levhası konumlandırıldıktan sonra, dalgıç aydınlatmayı açar ve dalış tamamlandıktan sonra zaman içinde ardışık parçacık alanlarını yakalamak için video kaydını başlatır; bir hedefi çevreleyen hız alanlarını elde etmek için videolar indirilir ve işlenir. Analiz sonuçları elde edilir. Bu sonuçlar, yüzen hayvanların sıvı taşıma işleminden sonra doğal alan ortamındaki akışları göstermektedir.

Sualtı nefes alma cihazı (scuba) kullanmanın dijital parçacık görüntüsü, FLOS simetrisi veya DPIV gibi laboratuvar ölçüm tekniklerine göre temel avantajı, artık akışkan hareketlerini doğal saha ortamında ölçebilmenizdir. Bu durum, okyanusbilim ve biyoloji alanlarında hayvanların yüzme performansı, avcı-av etkileşimleri ve ekoloji ile ilgili temel soruları yanıtlamamıza olanak tanır. Bu yöntem, yüzen hayvanların, mercan polipleri veya bentik etkileşimlerin çevresindeki akışın ölçülmesinde kullanılabilir.

Ayrıca insan yapımı yapılar etrafındaki akışları ölçmek için de kullanılabilir. Saha ölçümlerinin öğrenilmesi zor olduğu, ölçüm teknikleri konusunda bilgi ve gece yapılan scuba dalışlarında deneyim gerektirdiği için bu yöntemin görsel olarak gösterilmesi kritik öneme sahiptir. Bu prosedüre başlamak için yüksek çözünürlüklü veya HD kayıt bandı temin edin.

Tüm S scuba bileşenlerinin yeterli pil gücüne sahip olduğundan ve düzgün çalıştığından emin olun. O-ring kanallarını ve O-ringleri temiz bir havlu veya bezle temizleyerek lazer ve kamera gövdelerini kullanıma hazırlayın; üretici tarafından sağlanan O-ring gresini O-ringlere eşit şekilde sürün ve bunları gövde kanallarına geri yerleştirin. Ayrıca, lazer tabakasının deformasyonunu ve kamera gövdesi lensindeki lekeleri önlemek için lazer ve kamera gövdesi açıklıklarını temizleyin.

Ardından, tek kullanımlık kağıt nem şeritlerini yuvaların içine yerleştirerek basınç testine hazırlık yapın. Boş yuvaları su dolu bir küvete yerleştirerek O-ring contaları kontrol edin. Yuvaların tamamen batması için üzerlerine ağırlık yerleştirilmelidir.

Yuvalar boşken beş ila 10 dakika sonra yüzeye çıktığı için, yuvaları küvetten çıkarın ve havluyla kurulayın. Dış kısmını kurulayın. Nem şeritlerini kontrol ederek yuvaların içinde herhangi bir nem olup olmadığını belirleyin.

Muhafazalar basınç testini geçtikten sonra, scuba bileşenlerini muhafazaların içine yerleştirin. Yüksek yoğunluklu deşarj ışık podlarını kamera muhafazasına takın. Işıkların, kameranın ve operatörün önündeki alanı doğrudan aydınlatacak şekilde yönlendirildiğinden, ancak tutamakların kavranmasını ve kamera kontrollerinin çalıştırılmasını engellemediğinden emin olun.

Düşük ışıklı bir ortamda, lazer tabakası yönelimini belirlemek için sıcaklığa duyarlı bir kağıt tabakası kullanılabilir. Lazer ışını, lazer yuvasına monte edilmiş optik lense göre düzgün şekilde hizalandığında, lazer-lens kombinasyonu kamera yuvasına dik yönlendirilmiş dikey bir ışık tabakası oluşturacaktır; dalış aparatlarını ve sabit veya uzatılabilir kolu kullanarak lazer yuvasını ve kamera yuvasını birbirine bağlayın. Yuvaların sıkıca bağlandığından ve yuvaların birbirine göre dönemeyeceğinden emin olun.

Lazer tabakasının kameranın görüş alanına dik konumda kalması kritik önem taşır. Sualtı ölçümünün mevcut kapasiteleri nedeniyle, doğal ışığın lazer ışığıyla etkileşimini önlemek için dalışlar yalnızca düşük ışıklı bölgelerde veya gece vaktinde gerçekleştirilebilir. Bu nedenle, suya girmeden önce hava kararmış veya akşam saatleri gelmiş olması önerilir.

Suya girmeden önce kamera muhafazasını açın. Kamera muhafazasında, muhafaza içinde nem oluşması durumunda görsel uyarılar veren yerleşik bir elektronik nem sensörü bulunur. Sensör yalnızca kamera muhafazası açıkken çalışır.

Sıradaki adım, suya girmek ve yazılı protokolde açıklandığı şekilde ekipman ile deneyin kurulumuna başlamaktır. Ekipman kurulduktan sonra, lazer levhasında boyutları bilinen bir nesneyi kaydederek scuba sistemini kalibre edin. Dalıştan sonra, bir hedef bulunduğunda görüş alanı boyutunu piksel birimlerinden santimetreye dönüştürmek için bir kalibrasyon sabiti elde edilebilir.

Çevresel kütle akış özelliklerinin belirlenmesi gerekir. Mevcutsa, akıntı yönü, cihazın ve dalgıcın hedefe göre konumlandırılmasını belirleyecektir. Ölçümler sırasında, hedefin çevresindeki kütle akışının yönü, dalgıcın çıkardığı kabarcıkların gözlemlenmesi ve bunların yanal hareketlerinin not edilmesiyle çıkarılabilir.

Akıntının mevcut yönünü belirlemek için küçük bir miktar floresan boya da salınabilir. Dalgıcın oluşturduğu akış DPIV ölçüm hatasının bir kaynağı olabileceğinden, dalgıç hedef konumun akış yönünün yukarısında yer almamalıdır. Parçacıkların lazer levhası içindeki kalış süresini maksimize etmek ve böylece DPIV hatalarını minimize etmek için lazer levhası akıntı yönüne paralel olmalıdır.

Ardından, bir hedef çevresindeki akışkan hareketlerini aydınlatmak ve kaydetmek için S scuba cihazını konumlandırın. Hedef kameranın görüş alanı boyunca hareket ederken kayda başlayın; video kaydı sırasında dönme ve düzlem dışı hareketlerden kaçının. Scuba'nın tüm bileşenlerini kapattıktan ve lazer kolunu geri çekilmiş konumuna getirdikten sonra, scuba'yı sudan çıkarın, kamera ve lazer muhafazalarını koldan ayırın.

Aletlerin paslanmasını önlemek için kurutmadan önce temiz suyla durulayın veya suda bekletin. Muhafazalar kuruduktan sonra bileşenleri muhafazalardan çıkarın, gerekirse pilleri şarj edin ve değiştirin. Bir sonraki dalış için video kamerayı bir bilgisayara bağlayın ve bir HD video yazılım paketi kullanarak HD banttan videoyu çıkarın.

Video ayıklama işleminin ardından, DPIV analizi için bir dizi görüntüye dönüştürülecek video aralığını belirleyin. Piksel en-boy oranlarının ve ayıklanan görüntü boyutlarının HD video ayarlarıyla eşleştiğinden emin olun. Bu görüntüleri, dalış öncesi scuba kalibrasyonundan elde edilen A-D-P-I-V işleme programına aktarın.

DPIV yazılım paketi tarafından istenen kalibrasyon sabitini girin ve görüntü yakalama parametrelerini seçin. Ardından, ardışık partikül görüntülerinden hız alanlarını oluşturun. Görüntüleme doğru şekilde gerçekleştirildiğinde, ölçümlerin kalitesine ve türlerine bağlı olarak ek işlem sonrası adımlar da uygulanabilir.

Hedef çevresindeki partikül görüntüleri, burada A-D-P-I-V işlem yazılım paketinin kombinasyonuyla aurelia çevresindeki in situ partikül alanında gösterildiği gibi net ve kolayca ayırt edilebilir olmalıdır; hedef çevresindeki akışın hız alanları burada ortaya çıkarılmıştır. Hız alanındaki sarı vektörler, yerel akış hızının büyüklüğünü ve yönünü göstermektedir. Görüntülerden oluşan bir zaman serisi sağlamak için yeterli video toplanırsa, hız alanlarının bir zaman serisi de belirlenebilir.

Hatalı görüntüleme, cju partikül alanlarında net olmayan sonuçlara yol açabilir. Burada, missi çevresindeki bir partikül alanı gösterilmektedir. Kırmızı ok, görüntünün doygunlaşmasına neden olan yüksek yansıtıcılıktaki bir bölgeyi belirtmekte olup, bu durum partiküller ile hedef arasındaki ayrımı zorlaştırmaktadır.

Hatalı görüntülemeye başka bir örnek bu parçacık alanında görülmektedir; burada kırmızı ok, akış hızının yeterince yüksek bir frekansta örneklenmemesi sonucunda ortaya çıkan çizgilenme bölgesini göstermektedir. Bu prosedürde uzmanlaşıldığında, ölçümler dalış süresine bağlı olarak bir ila iki saat arasında tamamlanabilir; ancak bu ölçüm tekniğini uygularken uygun nötr yüzerliliği korumak ve suya girmeden önce yerel dalış koşulları hakkında yeterli bilgiye sahip olmak gerçekten önemlidir. Lazerlerle çalışmanın son derece tehlikeli olduğunu unutmayın, bu nedenle bu prosedürle çalışırken lazer hizalaması gibi uygun önlemlere her zaman uyulmalıdır.

Bu prosedürün ardından, enerji performansı ve akış hızları gibi ek soruları yanıtlamak için MATLAB son işlemeleri kullanılabilir.