अशांति अनुप्रयोगों के लिए तीन आयामी कण ट्रैकिंग velocimetry: एक जेट प्रवाह के मामले

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
Published 2/27/2016
0 Comments
  CITE THIS  SHARE 
Engineering

You must be subscribed to JoVE to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





By clicking "Submit," you agree to our policies.

 

Summary

एक तीन आयामी कण ट्रैकिंग velocimetry (3 डी-पीटीवी) एक चार देखें फाड़नेवाला के साथ एक उच्च गति कैमरा प्रणाली के आधार पर यहाँ वर्णित है। तकनीक नीचे की ओर पुन ≈ 7,000 रेनॉल्ड्स संख्या में दस व्यास के आसपास के क्षेत्र में एक परिपत्र पाइप से एक जेट प्रवाह करने के लिए लागू किया जाता है।

Cite this Article

Copy Citation

Kim, J. T., Kim, D., Liberzon, A., Chamorro, L. P. Three-dimensional Particle Tracking Velocimetry for Turbulence Applications: Case of a Jet Flow. J. Vis. Exp. (108), e53745, doi:10.3791/53745 (2016).

Please note that all translations are automatically generated through Google Translate.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

3 डी-पीटीवी एक मात्रात्मक प्रवाह माप तकनीक है कि छवि दृश्यों के त्रिविम रिकॉर्डिंग का उपयोग तीन आयामों में कणों का एक सेट की लाग्रंगियन रास्तों पर नज़र रखने के लिए करना है। बुनियादी घटकों, सुविधाओं, बाधाओं और एक 3 डी-पीटीवी एक चार देखें फाड़नेवाला के साथ एक उच्च गति कैमरा से मिलकर टोपोलॉजी के अनुकूलन सुझाव वर्णित और इस लेख में चर्चा कर रहे हैं। तकनीक पुन ≈ 7000 में एक परिपत्र जेट के मध्यवर्ती प्रवाह क्षेत्र (5 <एक्स / डी <25) को लागू किया जाता है। लाग्रंगियन प्रवाह सुविधाओं और एक Eulerian फ्रेम में अशांति मात्रा दस व्यास जेट मूल के बहाव के आसपास और जेट कोर से विभिन्न रेडियल दूरी का अनुमान है। लाग्रंगियन गुण प्रक्षेपवक्र, वेग और चयनित कणों की गति के साथ-साथ प्रवाह पथ, जो Frenet-Serret समीकरण से प्राप्त कर रहे हैं की वक्रता शामिल हैं। एक पार विमान दस पर स्थित जेट कोर धुरी के चारों ओर 3 डी वेग और अशांति क्षेत्रों का आकलनजेट के बहाव व्यास साहित्य के साथ तुलना की जाती है, और बड़े पैमाने पर streamwise वेग गतियों की शक्ति स्पेक्ट्रम जेट कोर से विभिन्न रेडियल दूरी पर प्राप्त की है।

Introduction

अशांत जेट प्रवाह इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में सर्वव्यापी हैं। इस तरह के प्रवाह की विस्तृत लक्षण वर्णन व्यावहारिक समस्याओं को बड़े पैमाने पर पर्यावरण निर्वहन सिस्टम से इलेक्ट्रॉनिक सूक्ष्म पैमाने पर उपकरणों के लिए फैले की एक व्यापक स्पेक्ट्रम में महत्वपूर्ण है। 4 - व्यापक अनुप्रयोगों के एक नंबर पर इसके प्रभाव की वजह से, जेट प्रवाह गहराई 1 में अध्ययन किया गया है। कई प्रयोगात्मक तकनीक, Hotwire anemometry सहित 4 - 8, लेजर डॉपलर velocimetry (LDV) 4, 9 - 12, और कण छवि velocimetry (PIV) 12 - 16, जेट रेनॉल्ड्स संख्या और सीमा की एक विस्तृत श्रृंखला में बहती चिह्नित करने के लिए इस्तेमाल किया गया है शर्तेँ। हाल ही में, कुछ अध्ययनों अशांत / गैर-अशांत इंटरफेस का अध्ययन करने के लिए जेट 17 बहती है, 18 3 डी-पीटीवी का उपयोग किया गया है। 3 डी-पीटीवी विशेष रूप से जटिल अशांत फाई वर्णन करने के लिए उपयुक्त एक तकनीक हैएक अलग नजरिए से elds। यह बहु दृश्य का उपयोग कर stereoscopy संदर्भ का एक Lagrangian फ्रेम में एक मात्रा के भीतर कण प्रक्षेप पथ के पुनर्निर्माण के लिए अनुमति देता है। तकनीक पहले चांग 19 से पेश किया गया था और आगे Racca और डेवी 20 से विकसित की है। 24 - तब से, कई सुधार 3 डी-पीटीवी एल्गोरिथ्म और प्रयोगात्मक स्थापना 21 पर बनाया गया है। इन उपलब्धियों और पिछले कार्यों के साथ, सिस्टम सफलतापूर्वक 4 एमएक्स 2 एमएक्स 2 मीटर 25, इनडोर airflow क्षेत्र 26 की एक डोमेन बड़े पैमाने पर द्रव गति के रूप में विभिन्न तरल पदार्थ घटनाओं का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया गया है, गुणवाला बहती 27 और महाधमनी रक्त का प्रवाह 28

एक 3 डी-पीटीवी माप का काम सिद्धांत डाटा अधिग्रहण प्रणाली सेट-अप, रिकॉर्डिंग / पूर्व प्रसंस्करण, कैलिब्रेशन, 3 डी पत्राचार, लौकिक पर नज़र रखने और बाद के प्रसंस्करण के होते हैं। एक सटीक अंशांकन कण स्थिति का एक सटीक पता लगाने के लिए अनुमति देता हैएस। कणों तीन से अधिक छवि विचारों में पता चला के पत्राचार एक 3 डी कण epipolar ज्यामिति के आधार पर स्थिति के पुनर्निर्माण के लिए अनुमति देता है। लगातार छवि फ्रेम से एक कड़ी के लिए एक अस्थायी ट्रैकिंग परिभाषित करता है कि कण trajectories एस (टी) में परिणाम। 3 डी-पीटीवी प्रणाली के अनुकूलन बहु-कण पता लगाने की क्षमता की संभावना को अधिकतम करने के लिए आवश्यक है।

अनुकूलन के पहले कदम के उच्च गति कैमरों, रोशनी स्रोत और बोने के कणों की सुविधाओं सहित एक उचित डाटा अधिग्रहण प्रणाली हासिल करने के लिए है। पूछताछ के वॉल्यूम के आकार के साथ-साथ कैमरा संकल्प पिक्सेल आकार को परिभाषित करता है और इसलिए, आवश्यक बोने कण आकार, जो एक एकल पिक्सेल से बड़ा होना चाहिए। पता लगाया कणों की centroids चमक 21 के आधार पर भारित कण पिक्सल के औसत स्थान लेने के द्वारा उप पिक्सेल सटीकता के साथ होने का अनुमान है। कैमरे के फ्रेम दर बारीकी associat हैरेनॉल्ड्स नंबर और पता लगाया कणों लिंक करने की क्षमता के साथ एड। एक उच्च फ्रेम दर तेजी से बहती है या कणों की एक बड़ी संख्या को हल करने के लिए जब छवियों के बीच मतलब विस्थापन कणों का मतलब जुदाई से अधिक के बाद से ट्रैकिंग अधिक मुश्किल हो जाता है के लिए अनुमति देता है।

शटर गति, एपर्चर और संवेदनशीलता तीन कारकों छवि पर कब्जा करने में विचार कर रहे हैं। शटर की गति तेज करने के लिए पर्याप्त होना चाहिए एक कण है, जो कण केन्द्रक स्थिति की अनिश्चितता को कम कर देता चारों ओर दिखाई देना, कम से कम। कैमरा एपर्चर पूछताछ की मात्रा के क्षेत्र की गहराई को समायोजित किया जाना चाहिए मात्रा के बाहर कणों का पता लगाने की संभावना को कम करने के लिए। चूंकि एक कैमरे के अधिकतम संवेदनशीलता तय हो गई है, फ्रेम दर बढ़ जाती है, आवश्यक प्रकाश कणों रोशन करने के लिए तदनुसार वृद्धि करनी चाहिए की आवश्यकता है। PIV के विपरीत, जटिल सेटिंग्स ऑप्टिक और उच्च शक्ति लेजर सख्ती से 3 डी में पीटीवी की आवश्यकता नहीं है, के रूप में लंबे समय तक प्रकाश स्रोत के रूप में पर्याप्त रूप से गोबर हैकैमरे के लिए दरियाफ्त कणों से tered। सतत एलईडी या हलोजन रोशनी अच्छा लागत प्रभावी विकल्प है कि तुल्यकालन 21 की जरूरत को बायपास कर रहे हैं।

3 डी-पीटीवी में, अन्य ऑप्टिकल प्रवाह माप तकनीकों की तरह, ट्रेसर कण वेग स्थानीय तात्कालिक द्रव वेग 29 माना जाता है। बहरहाल, यह केवल अशक्त व्यास और जड़ता का आदर्श ट्रेसर के लिए मामला है; दरियाफ्त कणों इतना बड़ा एक कैमरे द्वारा कब्जा किया जा होना चाहिए। एक परिमित कण की निष्ठा स्टोक्स संख्या एस टी द्वारा निर्धारित किया जा सकता है, कणों के विश्राम का समय के पैमाने के अनुपात और ब्याज के अशांत संरचनाओं के समय के पैमाने अर्थात्। सामान्य तौर पर, एस टी एस टी के लिए 1 से काफी छोटा होना चाहिए ≤0.1 1% 30 के नीचे प्रवाह ट्रैकिंग त्रुटियाँ हैं। में गहराई से चर्चा मेई एट अल में पाया जा सकता है 29 -। 31 (उदाहरण के लिए 50-200 माइक्रोन) 32, जबकि छोटे कणों (जैसे 1-50 माइक्रोन), 33, 34 के लिए एक उच्च शक्ति लेजर के साथ प्रयोग किया जा सकता है (उदाहरण के लिए 80-100 वाट सीडब्ल्यू लेजर)। एक दिया तरंगदैर्ध्य के प्रकाश के लिए उच्च भावना के साथ कण, चांदी हैलोजन के प्रकाश के तहत लेपित की तरह, एक छवि में अपनी छाप बढ़ाना कर सकते हैं। बोने घनत्व एक सफल 3 डी-पीटीवी माप के लिए एक और महत्वपूर्ण पैरामीटर है। कुछ कणों, प्रक्षेप पथ की कम संख्या में परिणाम कणों की अत्यधिक संख्या पत्राचार की स्थापना और ट्रैकिंग में अस्पष्टता का कारण है। पत्राचार स्थापित करने में अस्पष्टता ओवरलैपिंग कणों और परिभाषित epipolar रेखा के साथ कई उम्मीदवारों का पता लगाने में शामिल हैं। ट्रैकिंग प्रक्रिया में, एक उच्च seedin के कारण अस्पष्टता जी घनत्व कणों की अपेक्षाकृत कम मतलब जुदाई की वजह से हुई है।

दूसरा कदम छवि गुणवत्ता को बढ़ाने के लिए रिकॉर्डिंग / पूर्व प्रसंस्करण में इष्टतम सेटिंग्स है। इस तरह के लाभ और काले स्तर (जी एंड बी) के रूप में फोटो सेटिंग्स, छवि गुणवत्ता का अनुकूलन करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। जबकि लाभ एक छवि की चमक को बढ़ाता है काला स्तर, एक छवि के अंधेरे हिस्से में चमक स्तर को परिभाषित करता है। जी एंड बी स्तर की मामूली बदलाव काफी पता लगाने की क्षमता की संभावना को प्रभावित कर सकता। वास्तव में, उच्च जी एंड बी एक छवि पर-रोशन कर सकते हैं और अंत में कैमरा संवेदक को नुकसान पहुंचा। इस उदाहरण देकर स्पष्ट करने के लिए, प्रवाह पुनर्निर्माण पर जी एंड बी स्तरों के प्रभाव को भी इस लेख में जांच की है। पूर्व प्रसंस्करण चरण में, छवियों कणों से प्रकाश तितर बितर पर जोर देना एक उच्च पास फिल्टर के साथ छान रहे हैं। पिक्सेल आकार और ग्रे स्केल पूछताछ मात्रा के भीतर कण का पता लगाने को अधिकतम करने के लिए समायोजित कर रहे हैं।

टी "> अनुकूलन के तीसरे कदम त्रिविम इमेजिंग, जो epipolar ज्यामिति, कैमरा मानकों (फोकल लंबाई, सिद्धांत बिंदु, और विरूपण गुणांक), और अपवर्तनांक परिवर्तन के आधार पर किया जाता है की सटीक अंशांकन है। इस प्रक्रिया को कम से कम 3 डी के लिए आवश्यक है विश्वस्त लक्ष्य अंक के पुनर्निर्माण में त्रुटि। epipolar ज्यामिति लक्ष्य छवि से झुका और कोण (कैमरा और पूछताछ की मात्रा के बीच) के सापेक्ष दूरी उपयोग करता है। पूछताछ मात्रा के माध्यम से कैमरे को देखने के साथ अपवर्तनांक परिवर्तन मास की प्रक्रिया के आधार पर खाते में लिया जा सकता है एट अल। 21। इस प्रयोग में, नियमित रूप से वितरित लक्ष्य अंक के साथ एक 3 डी सीढ़ी की तरह संरचना एक लक्ष्य के रूप में प्रयोग किया जाता है।

एक 3 डी-पीटीवी प्रयोग में, हालांकि केवल दो छवियों के एक 3 डी कण स्थिति निर्धारित करने की जरूरत है, आम तौर पर अधिक कैमरों अस्पष्टता 21 कम करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं। कई उच्च गति कैमरों के साथ महंगा setups के लिए एक वैकल्पिक छठी हैईडब्ल्यू फाड़नेवाला, होयर एट अल द्वारा प्रस्तावित। 35 3 डी-पीटीवी के उपयोग के लिए और हाल ही में जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए Gulean एट अल। 28 से लागू होता है। देखें फाड़नेवाला एक पिरामिड के आकार का दर्पण (hereon प्राथमिक दर्पण) और चार समायोज्य दर्पण (माध्यमिक दर्पण hereon) के होते हैं। इस काम में, एक चार देखें फाड़नेवाला और एक कैमरा चार कैमरों से त्रिविम इमेजिंग नकल करने के लिए इस्तेमाल किया गया। प्रणाली एक व्यास, डी एच = 1 सेमी और पुन ≈ 7000 एक Lagrangian से एक पाइप के साथ जेट के मध्यवर्ती प्रवाह क्षेत्र को चिह्नित करने के लिए प्रयोग किया जाता है और Eulerian जेट मूल से नीचे की ओर चारों ओर 14.5-18.5 व्यास में फ्रेम।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. लैब सुरक्षा

  1. चुने हुए रोशनी स्रोत की सुरक्षा के दिशा निर्देशों (जैसे लेजर, औद्योगिक एलईडी, हैलोजन) की समीक्षा करें।
    नोट: इस प्रयोग में, पांच में 250 वाट हलोजन Spotlights का एक सेट रोशनी के रूप में इस्तेमाल कर रहे हैं। इस प्रकाश स्रोत के लिए बुनियादी सुरक्षा और सिफारिश के पहलुओं के रूप में वर्णित किया जाता है।
    1. हैलोजन लाइट, जो उच्च तापमान (~ 3,000 कश्मीर रंग तापमान) में काम के साथ सीधे संपर्क से बचें।
    2. जब डेटा प्राप्त करने पर विचार किया जा प्रवाह को गर्म करने से बचने के लिए ही प्रकाश रखें।
    3. दूर, प्रकाश स्रोत के पास सभी ज्वलनशील सामग्री रखने के लिए किसी भी तरह के कागज भी शामिल है।

2. प्रयोगात्मक सेट अप

  1. उपयुक्त लेंस का चयन
    1. अंशांकन समस्याओं से बचने के लिए कम विपथन के साथ एक लेंस का चयन करें। अनुशंसित लेंस प्रकार के टेलीफोटो लेंस या सूक्ष्म हैं।
    2. सुनिश्चित करें कि लेंस obj के भीतर वांछित क्षेत्र के दृश्य (FOV) को शामिल किया बनाओect दूरी हे, जरूरत बढ़ाई, एम आकलन करके।
      नोट: बढ़ाई FOV के लिए कैमरा चिप की लंबाई का अनुपात है, और वस्तु की दूरी के रूप हे = च (1 / M + 1), जहां च लेंस के फोकल लंबाई गणना की जा सकती है। इस प्रयोग में, कैमरा चिप की लंबाई 20.34 मिमी है और इसी FOV, या प्राथमिक दर्पण, सीमित वस्तु दूरी हे ≤250 मिमी के साथ 50 मिमी है। (वस्तु दूरी स्लाइडर जहां कैमरा और देखें फाड़नेवाला बढ़ रहे हैं के परिमित लंबाई के कारण रोका गया है।) बढ़ाई एम = 20.34 / 50 = 0.41, और वस्तु की दूरी को देखते हुए सीमा के साथ अनुमानित फोकल लंबाई है ≤72.7 मिमी। इस प्रकार, 60 मिमी की फोकल लंबाई के साथ एक माइक्रो लेंस f / 2.8D का केन्द्र अनुपात के साथ प्रयोग किया जाता है।
  2. माउंट और देखें फाड़नेवाला के साथ कैमरे को समायोजित।
    1. मीर फिसलने से पूछताछ की मात्रा के साथ कि प्राथमिक दर्पण के केंद्र स्तरखड़ी बढ़ते पोस्ट के साथ आतंक विरोधी और पद धारक के साथ दर्पण फिक्सिंग। ध्यान दें कि यह कदम माध्यमिक दर्पण स्थापित करने से पहले किया जाता है।
    2. कैमरा माउंट और प्राथमिक दर्पण के केंद्र के साथ छवि संपाती के केंद्र की स्थापना की।
    3. सिर्फ ब्याज (आरओआई) के क्षेत्र को नियंत्रित करने से प्राथमिक दर्पण को कवर करने के लिए रिकॉर्डिंग सॉफ्टवेयर में स्थापित करने की चौड़ाई और कैमरे को देखने की ऊंचाई को समायोजित करें। इस प्रक्रिया छवि का आकार और छवि शोर को कम करने के लिए है। नोट: इस प्रयोग में, प्राथमिक दर्पण का आकार 5 एक्स 5 सेमी 2 (1,728 x 1,728 पिक्सल) है।
    4. एक (अनुकूलित) 3 डी अंशांकन लक्ष्य डिजाइन। यह पूरी जांच की मात्रा लगा देना चाहिए। सुनिश्चित करें कि फाड़नेवाला के प्रत्येक दृश्य के सभी लक्ष्य के निशान को दर्शाता एक समान अंशांकन अनुमति देने के लिए।
      नोट: इस प्रदर्शन में, लक्ष्य था वेरो वापस प्लास्टिक का उपयोग कर 3 डी मुद्रित। यह आयाम 35 x 35 x 30 मिमी 3 के साथ एक सीढ़ी के आकार की तरह है, 1 मिमी व्यास सफेद लक्ष्य अंक के साथ separat2.5 मिमी, 5 मिमी और ऊर्ध्वाधर, streamwise और spanwise दिशाओं में 10 मिमी एड। के रूप में यह एक अंशांकन मॉडल और कैमरों की स्थिति नालिका के संबंध में परियोजनाओं के लक्ष्य का सटीक ज्यामिति महत्वपूर्ण है।
  3. कैलिब्रेशन लक्ष्य पूछताछ मात्रा में रखें।
    1. कैमरे के लिए की ओर का सामना करना पड़ एक समायोज्य ऊंचाई मंच पर अंशांकन लक्ष्य की स्थिति।
    2. लक्ष्य मंच की ऊंचाई का समायोजन करके पूछताछ की मात्रा के केंद्र के साथ अंशांकन लक्ष्य के केंद्र की ऊंचाई मैच।
      नोट: इस उदाहरण में, अंशांकन लक्ष्य के केंद्र के निशान जेट नोजल का केंद्र है, 20 सेमी ऊंचाई के साथ लगाया जाता है। एक बुलबुला स्तर गेज लक्ष्य स्तर के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
  4. माउंट और चार देखें अलगानेवाला के माध्यमिक दर्पण समायोजित करें।
    1. पूछताछ कि इसका पूरा कब्जा सुनिश्चित करता है से एक दूरी पर प्राथमिक दर्पण का पता लगा। यह 0.2 मीटर इस प्रदर्शन के लिए Figur है (ई 1)।
    2. इसकी अनुमानित स्थिति है, जहां प्राथमिक दर्पण के प्रत्येक पक्ष से कैमरा देखने के लिए मोटे तौर पर एक माध्यमिक दर्पण के साथ गठबंधन किया है पर माध्यमिक दर्पण माउंट। माध्यमिक दर्पण है ऊर्ध्वाधर बढ़ते पोस्ट करने के लिए यह तय करने से माध्यमिक दर्पण सुरक्षित।
    3. अन्य तीन दर्पण के लिए इस प्रक्रिया को दोहराएं। प्राथमिक दर्पण के संबंध में सभी माध्यमिक दर्पण के ज्यामितीय समरूपता की जाँच करें।
    4. यह सुनिश्चित करने के लिए चार विचारों से प्रत्येक encloses कि पूरे अंशांकन लक्ष्य माध्यमिक दर्पण का दर्पण माउंट समायोजन करके अंतिम समायोजन करें। दर्पण की स्थिति और कोण जांच करने का एक कारगर तरीका प्रत्येक दृश्य की छवि पथ कल्पना करने के लिए एक लेजर सूचक का उपयोग करने के लिए है।
    5. एक दर्पण ले जाकर उप छवियों की ओवरलैपिंग के लिए जाँच करें।
      नोट: यदि केवल एक ही दृश्य बदलता है, तो ओवरलैपिंग क्षेत्र नगण्य है। अन्यथा, दोहराने कदम 2.4.2 2.4.5 के लिए जब तक ओवरलैपिंग क्षेत्र कम से कम है।
  5. प्रकाश स्रोत की जगह (रों) सीधे पूछताछ की मात्रा का सामना करना पड़। कैमरा कवर की है जब लाइट कैमरा संवेदक पर नुकसान से बचने के लिए समायोजित करने के लिए सुनिश्चित करें।
    1. जाँच करें कि प्रकाश स्रोत समान रूप से पूरे जांच मात्रा पर वितरित किया जाता है।
    2. , प्रकाश की तीव्रता बढ़ाने के लिए यदि आवश्यक प्रकाश स्रोतों के तहत सीधे एक आवर्धक लेंस रखकर। नोट: इस प्रयोग में, एक उत्तल फोकल दूरी एफ 0 = 450 मिमी आवर्धक लेंस रोशनी तेज करने के लिए प्रयोग किया जाता है।

3. सेट-अप अनुकूलन

  1. चालू करें और छवि गुणवत्ता बढ़ाने के लिए कैमरे पर सेटिंग्स समायोजित करें।
    1. जब तक प्राथमिक दर्पण के माध्यम से प्रतिबिंब समान रूप से माध्यमिक दर्पण के सभी चार विचारों में ध्यान केंद्रित किया है लेंस बढ़ाई समायोजित करें।
    2. जाँच करें कि दृश्य फाड़नेवाला से छवियों सममित हैं और चार विचारों से अंशांकन लक्ष्य छवि की समरूपता को देख कर पूछताछ की मात्रा पर कब्जा।
    3. करीबी और कैमरे से दूर अंशांकन लक्ष्य अंक पर कब्जा करने F संख्या को समायोजित करें।
      नोट: यह कैमरा ही पूछताछ की मात्रा की गहराई में दरियाफ्त कणों पर कब्जा करने की अनुमति देता है। इस उदाहरण में, एफ संख्या 11 है।
    4. 550 हर्ट्ज (यह विशेष रूप से आवेदन पर निर्भर करता है, परिचय देखें) के रूप में वांछित फ्रेम दर निर्धारित करने और रिकॉर्डिंग सॉफ्टवेयर में तदनुसार प्रकाश के प्रति संवेदनशीलता को अधिकतम।
  2. एक जीवित कैमरा देखने के माध्यम से फाड़नेवाला के प्रत्येक दृश्य में कण घनत्व अंतर को देख कर प्राथमिक दर्पण के प्रत्येक दृश्य में रोशनी की जाँच करें।
    नोट: कई प्रकाश स्रोतों पूछताछ मात्रा रोशन करने के लिए उपयोग किया जाता है, तो यह फाड़नेवाला के प्रत्येक दृश्य में मतभेद के लिए संभावित है। इस प्रयोग में, शीर्ष दो माध्यमिक दर्पण कम प्रकाश क्योंकि रोशनी ऊपर से आता प्राप्त किया। नालिका के तल पर एक फ्लैट दर्पण का उपयोग प्रकाश भिन्नता को कम करने में मदद कर सकते हैंविचारों के पार।
  3. 3 डी-पीटीवी प्रकाश स्रोतों का उपयोग करने से पहले कमरे में पृष्ठभूमि लाइट बंद।
  4. बेहतर कणों से प्रकाश तितर बितर पर कब्जा करने के लिए कैमरे के जी एंड बी के स्तर को समायोजित करें। विभिन्न जी एंड बी स्तर के साथ कई छोटे दृश्यों रिकॉर्ड और वितरण और कण trajectories के घनत्व को देख कर एक इष्टतम पाते हैं।
    नोट: इस प्रयोग में, जी और बी स्तर की सीमा 0-500 था, और काले (बी) के स्तर का मद्धम प्रकाश तितर बितर रोशन करने के लिए है, जबकि, लाभ (G) स्थापित किया गया था मध्यम, 300, मध्यम छवि को बढ़ाना करने के लिए 500 के लिए स्थापित किया गया था, संकेतों और बचने छवि पर-रोशन।

4. कैलिब्रेशन

  1. जांच मात्रा में अंशांकन लक्ष्य दरियाफ्त कणों को जोड़ने से पहले रखें, और कुछ अंशांकन चित्र लेने। एक मद्धम प्रकाश स्रोत (जैसे एलईडी फ्लैश लाइट) का प्रयोग करें लक्ष्य रोशन करने के लिए।
  2. चार स्वतंत्र उप छवियों में अंशांकन छवि की फूट डालो और का उल्लेख युक्त एक पाठ फ़ाइल बनानेखिलाडि़यों लक्ष्य के निशान के पदों समन्वय। OpenPTV सॉफ्टवेयर (http://www.openptv.net) यहाँ इस उद्देश्य के लिए प्रयोग किया जाता है।
    नोट: आगे प्रसंस्करण के उपयोगकर्ताओं को एक एकाधिक कैमरा सेट-अप को रोजगार के लिए समान है।
  3. छवियों और 'काल' सॉफ्टवेयर के फ़ोल्डर में 4.2 कदम में प्राप्त पाठ फ़ाइल को बचाने के बाद अंशांकन प्रक्रिया शुरू करने के लिए 'अंशांकन बनाएँ' टैब पर क्लिक करें।
  4. 'संपादन अंशांकन मापदंडों' टैब पर क्लिक करें और प्रत्येक विभाजन दृश्य के केन्द्र और अंशांकन लक्ष्य की उत्पत्ति के बीच बढ़ाई, रोटेशन के कोण और दूरी को परिभाषित करने के लिए 'कैलिब्रेशन अभिविन्यास मापदंडों' टैब चुनें।
    नोट: पहली पंक्ति एक्स, वाई, जेड दिशा में कैमरा सेंसर करने के लिए मूल अंशांकन लक्ष्य से दूरी है। दूसरी पंक्ति कोण रेडियन में, एक्स, वाई, जेड कुल्हाड़ियों के चारों ओर इंगित करता है। अगले, एक 3 से 3 डेटा रोटेशन मैट्रिक्स का प्रतिनिधित्व करता है। फिर, दो निम्नलिखित पंक्तियाँ एक्स के पिनहोल दूरी हैं और एक्स, वाई, जेड दिशा में मूल लक्ष्य के संबंध में नालिका कांच की स्थिति में हैं।
  5. जांच करने के लिए है कि 'लगता है कि' अंक का पता चला लक्ष्य अंक के साथ मिलान कर रहे हैं 'का पता लगाने' और 'शो प्रारंभिक अनुमान' पर क्लिक करें।
  6. 'लगता है, जब तक सभी चार अंक विचारों के लिए दोहराएँ कदम 4.4 अंशांकन छवियों के सेट के साथ जुड़ रहे हैं।
  7. पूछताछ मात्रा के उन्मुखीकरण को फिर से संगठित करने के लिए 'अभिविन्यास' पर क्लिक करें।
    नोट: अंशांकन लेंस विरूपण और affine परिवर्तन का समायोजन करके सुधार किया जा सकता है। अब, जांच मात्रा calibrated और डेटा की प्रक्रिया करने के लिए तैयार है। अतिरिक्त विवरण के लिए लेखक की थीसिस 36 अंशांकन प्रक्रिया देखें।

5. प्रवाह की स्थापना / डाटा संग्रह

  1. फ्रेम दर एक से एक कैमरे के दृश्य में कब्जा कणों की अधिकतम राशि का अनुमानडी अधिकतम प्रवाह वेग। इस प्रदर्शन में, संदर्भ वेग यू ≈ 0.4 मीटर / सेकंड है, फ्रेम दर 550 हर्ट्ज और ~ 4 x 4 x 4 सेमी 3 पूछताछ मात्रा है। यह ~ फ्रेम प्रति 1,000 कणों में हुई।
  2. चरण 3 में प्राप्त अनुकूलित सेटिंग्स के साथ कैमरा चालू करें।
  3. बोने कणों जोड़ें और इंतजार कई मतलब निवास समय के प्रवाह को एक स्थिर अवस्था तक पहुँचने की अनुमति है। अधिक कणों अगर जरूरत जोड़े लेकिन उच्च बोने घनत्व, 5.1 कदम है, जो अस्पष्टता कारण हो सकता है में अनुमान से बचें।
    नोट: इस उदाहरण में, ~ 100 मीटर चांदी लेपित की 1.1 ग्राम / सेमी 3 घनत्व खोखले सिरेमिक क्षेत्रों के 1.6 जी द्रव मध्यम (2 x 0.4 x 0.4 एम 3) के लिए बोने के रूप में इस्तेमाल कर रहे हैं।
  4. प्रवाह छवियों की वांछित संख्या रिकॉर्ड।
    नोट: इस प्रयोग में, 550 हर्ट्ज पर 9000 छवियों रिकॉर्डिंग सॉफ्टवेयर का उपयोग कर कब्जा कर लिया गया। दोहराएँ कदम 2.4-5.3 अगर कैमरा और / या दृश्य फाड़नेवाला ले जाया जाता है (यहां तक ​​कि एक मामूली गति भारी परिणामों को प्रभावित कर सकते हैं)।

6. डाटा प्रोसेसिंग (वाया OpenPTV सॉफ़्टवेयर)

  1. चार स्वतंत्र उप छवियों में कदम 5.4 में प्राप्त कच्चे छवि फूट डालो।
  2. चार विचारों से प्रारंभिक छवियों को लोड करने के लिए 'आरंभ' टैब के तहत 'Init / पुनरारंभ करें' पर क्लिक करें।
  3. 'भागो' निर्देशिका राइट क्लिक करें और क्लिक कैमरा, अपवर्तक सूचकांक, कण मान्यता, अनुक्रम छवियों, प्रेक्षण मात्रा और पत्राचार के लिए मानदंड की संख्या का 'मुख्य मापदंडों' नियंत्रित करने के लिए संख्या है।
    1. कैमरों (विचारों) 'सामान्य' टैब के अंतर्गत प्रयोग के लिए इस्तेमाल की संख्या को परिभाषित करें। इस प्रयोग में, 4 के रूप में कैमरों की संख्या निर्धारित किया है।
    2. 'अपवर्तक सूचकांक' टैब के अंतर्गत कैमरा देखने के साथ अपवर्तक सूचकांक को परिभाषित करें।
    3. 'कण मान्यता' टैब के अंतर्गत सभी चार विचारों में कण का पता लगाने की संख्या अनुकूलन करने के लिए न्यूनतम और पिक्सेल का पता लगाने के साथ ही ग्रे मूल्य सीमा की अधिकतम संख्या को परिभाषित करें। पिक्सेल डी के न्यूनतम और अधिकतम संख्याtection और ग्रे सीमा पिक्सेल आकार और कण का पता लगाने के लिए चमक स्तर का निर्धारण। यह ध्यान से बाहर शोर और कणों को समाप्त।
    4. 'अनुक्रम प्रसंस्करण के लिए मापदंडों' के तहत कार्रवाई करने के लिए छवियों की संख्या को परिभाषित करें।
    5. 'अवलोकन मात्रा' टैब के तहत अवलोकन मात्रा को परिभाषित करें।
    6. स्टीरियो मिलान के लिए कुल बैंड पैरामीटर (मिमी) सहित 'पत्राचार के लिए मानदंड' के तहत पत्राचार के संबंध को परिभाषित करें।
  4. 'Preprocess' टैब के तहत 'उच्च पास फिल्टर' पर क्लिक करें। यह सभी चार विचारों में कणों से प्रकाश बिखरने तेज।
  5. सभी चार विचारों के लिए उप पिक्सेल स्तर पर पता लगाया कणों के केन्द्रक का निर्धारण करने के लिए 'कण का पता लगाने' पर क्लिक करें। दोहराएँ 6.2 और 6.3 कदम कदम 5.1 में गणना कणों की उम्मीद की संख्या के लिए इसी तरह का पता लगाया कणों की संख्या तक।
  6. त्रिविम corresponden स्थापित करने के लिए 'पत्राचार' पर क्लिक करेंप्रत्येक दृश्य में सीईएस।
    नोट: पता लगाया कणों की 3 डी स्थिति को फिर से संगठित करने के लिए, पत्राचार तीन दृश्य से कम से कम निर्धारित किया जाना चाहिए।
  7. पता चला कण 3 डी अंशांकन के आधार पर स्थिति प्राप्त करने के लिए '3 डी पदों' पर क्लिक करें।
  8. सभी कदम छवि दृश्यों के लिए 6.4-6.7 से इस प्रक्रिया को दोहराने के लिए 'प्रदर्शन के बिना अनुक्रम' पर क्लिक करें।
    नोट: यह प्रत्येक छवि एक टैब से अलग पाठ फ़ाइल स्वरूप के साथ फ्रेम में पता लगाया कणों की एक सारांश युक्त सेट के लिए एक 'rt_is' फ़ाइल बनाता है।
  9. 'भागो' निर्देशिका राइट क्लिक करें और 'ट्रैकिंग मापदंडों' नज़र रखने के लिए उम्मीदवार कणों खोज करने के लिए, त्रिज्या क्षेत्र, (जैसे dvxmin और मिमी / फ्रेम में dvymin) के मापदंडों को परिभाषित करने के लिए क्लिक करें।
  10. कदम 6.7 में प्राप्त खंगाला कणों के कण पहचान (आईडी) को परिभाषित करने के लिए 'प्रदर्शन के बिना ट्रैकिंग' पर क्लिक करें।
    नोट: यह एक चार फ्रेम predic का उपयोग करते हुए नज़र रखने के लिए आसन्न फ्रेम के एक दृश्य संबद्धटो-भविष्यवक्ता पढ़नेवाला योजना 24। यह प्रक्रिया प्रत्येक छवि सेट जो फ्रेम में पता लगाया कणों की जानकारी पर नज़र रखने के लिए कोई ptv_is फ़ाइल बनाता है; पहले दो कॉलम, क्रमशः पिछले फ्रेम में और अगले फ्रेम में कण पहचान पत्र दिखाने।
  11. प्रत्येक कैमरे दृश्य में प्रक्षेप पथ कल्पना करने के लिए 'प्रक्षेप पथ दिखाएँ' पर क्लिक करें।

7. पोस्ट प्रोसेसिंग (आपटाइिटव)

नोट: पहुंच और बाद के प्रसंस्करण के प्रकार के व्यक्ति की जरूरत पर निर्भर करता है और यह है, इसलिए, अनुकूलन। इधर, बिंदु आधार गणना संक्षेप में एक उदाहरण के रूप में वर्णित हैं।

  1. लाग्रंगियन फ्रेम में डाटा (मैटलैब के माध्यम से) प्राप्त करते हैं।
    1. प्रत्येक कण और ptv_is फाइलों से उसके संबंधित आईडी 3 डी स्थिति निकालें। यह छवि दृश्यों के बीच का पता लगाया कणों को जोड़ने प्रक्षेप पथ को फिर से संगठित करने के लिए अनुमति देता है।
    2. प्रत्येक प्रक्षेपवक्र के लिए दिया फ्रेम दर से वेग और कणों की गति की गणना।इस प्रदर्शन में, वेग और कणों की गति कम पास एक चलती घन तख़्ता 34, 37 के साथ स्थिति संकेत छान कर गणना कर रहे हैं।
    3. 3 डी के पदों पर, 3 डी वेग, 3 डी त्वरण, और समय टिकट के साथ ही प्रत्येक प्रक्षेपवक्र की गति आईडी युक्त क्षेत्रों के साथ एक संरचना सरणी प्रारूप बनाओ। इस डेटा स्वरूप में, संरचना सरणी की लंबाई प्रक्षेप पथ की संख्या का प्रतिनिधित्व करता है।
  2. Eulerian फ्रेम में डाटा (मैटलैब के माध्यम से) प्राप्त करते हैं।
    1. एक लौकिक एक-एक कण के समय टिकट का उपयोग करने संरचना सरणी (कदम 7.1.3) रूपांतरण। यह एक समान संरचना सरणी संरचना कदम 7.1.3 में प्राप्त बनाता है, लेकिन संरचना सरणी की लंबाई अब फ्रेम संख्या है, जो इस प्रयोग में 9,000 है प्रतिनिधित्व करता है।
    2. Eulerian निर्देशांक में तात्कालिक वेग क्षेत्रों प्राप्त करने के लिए प्रत्येक समय सीमा के लिए एक तीन आयामी ग्रिड में अस्थायी संरचना सरणी बैठाना। इस प्रदर्शन में, griddata मज़ामैटलैब में ction प्रक्षेप प्रदर्शन करने के लिए प्रयोग किया जाता है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

एक तस्वीर और सेटअप का एक योजनाबद्ध आंकड़े 1 और 2 में दिखाया जाता है। अंशांकन लक्ष्य, असंदिग्ध निशान दृश्य-फाड़नेवाला और 3 डी अंशांकन पुनर्निर्माण पर परिलक्षित 3 चित्र में सचित्र हैं। मान्यता प्राप्त अंशांकन लक्ष्यों की आरएमएस में streamwise एक्स, spanwise वाई, जेड और गहराई दिशाओं 7.3 माइक्रोन, 5.7 माइक्रोन और 141.7 मीटर है। रिश्तेदार Z -coordinate में उच्च आरएमएस अन्य दिशाओं और एक्स और वाई निर्देशांक की तुलना में जेड अक्ष के साथ चार विचारों के अपेक्षाकृत छोटे कोण में उन लोगों के लिए सम्मान के साथ कम अंक लक्ष्यों की वजह से है। किसी भी पल में चार विचारों में से प्रत्येक में पता लगाया कणों 10 3 के आदेश पर थे। पता लगाया कणों के बीच, सफल 3D पुनर्निर्माण की संख्या इस तथ्य के कारण लगभग आधे के लिए कम है कि चौराहे के क्षेत्र की गिरफ्तारी में केवल कणोंई कब्जा कर लिया। वीडियो 1 चार देखें फाड़नेवाला से जेट प्रवाह के एक उच्च गति वीडियो नमूना दिखाता है।

मध्यवर्ती मैदान क्षेत्र में चार प्रतिनिधि कण प्रक्षेप पथ का एक नमूना के आसपास है और एक्स / डी एच = 16 रेडियल दूरी पर विमान को पार आर / डी एच = V0, 1.5, 3 जेट कोर से 4 चित्र में सचित्र है। जैसी कि उम्मीद थी, निश्चित समय अंतराल (Δt ≈ 1 सेकंड) में लंबे समय तक प्रक्षेप पथ जेट कोर के आसपास मनाया जाता है। जेट (आर / डी एच ≥2) के किनारे पर, ट्रेसर कणों छोटी और अधिक जटिल प्रक्षेप पथ दिखा रहे हैं। 5 शो एक्स / डी एच = 16 विमान सफलतापूर्वक पार कर सभी को खंगाला कण trajectories चित्रा। चयनित डोमेन में कण वेग एक विस्तृत से लगभग 0-0.6 यू जम्मू, जहां यू जे लेकर वितरण का प्रदर्शन चित्रा 6 एक शो एक्स / डी एच = 16 जेट विमान कोर के आसपास पार करने के एक कण के मामले। चित्रा 6 बी, सी 6 और 6 डी कण प्रक्षेपवक्र, वेग और सामान्यीकृत समय के एक समारोह के रूप में त्वरण के 3 घटकों दिखा। ऐसा नहीं है कि स्थानीय कण त्वरण कई बार मानक गुरुत्वाकर्षण हो सकता है पर प्रकाश डाला लायक है। कण trajectories तथाकथित फादर के माध्यम से कण trajectories के विशिष्ट सुविधाओं को प्राप्त करने के लिए अनुमतिENET-Serret फ्रेम। यह orthonormal वैक्टर (स्पर्शरेखा, सामान्य, binormal) एस (टी) के साथ के परिवर्तन का वर्णन है। विशेष रूप से प्रासंगिक की वक्रता, κ है, जो वक्रता की त्रिज्या के उलटा है ρ, और के रूप में परिभाषित किया गया:

1 समीकरण

कहा पे 3 समीकरण = डॉ / डी एस प्रक्षेपवक्र की स्पर्श इकाई वेक्टर है और आर स्थिति वेक्टर यानी, आर (एस) समय के एक समारोह है, जिसमें से एक समारोह के रूप में लिखा जा सकता है, r = (टी के रूप में कण की (इयूक्लिडियन अंतरिक्ष) है (एस))। वक्रता, κ, सभी कणों x/d एच = 16 और x/d एच = 17 विमानों पार करने के लिए गणना की जाती है। टेढ़ापन मतलब है, 3 समीकरण जेट मुख्य अनुसंधान से दूरी के एक समारोह के रूप में के रूप में गणना की है: 2 समीकरण

जहां Δr = 0.2d यहाँ में प्रयोग किया जाता है। चित्रा 7 दिखाता है 3 समीकरण = च (आर) डी एच द्वारा सामान्यीकृत। यह एक अपेक्षाकृत कम है और लगभग निरंतर चलता 3 समीकरण क्षेत्र पाइप के परिपत्र पार अनुभाग, आर / डी एच ≤0.5 द्वारा परिभाषित के भीतर। एक्स / डी एच = 16 विमान में जेट कोर से एक बड़ा दूरी पर, 3 समीकरण monotonically बढ़ जाती है। ऐसा ही एक प्रवृत्ति एक्स / डी एच = 17 विमान पर प्राप्त की है, लेकिन साथ एक कम 3 समीकरण जेट कोर (आर / डी एच ≥0.5) के बाहर। यह प्रकाश डाला लायक है कि इस प्रवाह FEAसंरचना केवल 3 डी तकनीक के साथ-पीटीवी अनुमान लगाया जा सकता है। डेटा जी एंड बी सेटिंग्स के विभिन्न स्तरों के आधार पर गुणवत्ता तालिका 1 में दिखाया गया है 3 डी-खंगाला कणों के आराम करने के लिए जुड़े हुए कणों के अनुपात के मामले में मूल्यांकन किया है। उच्चतम लिंक अनुपात 300 और 500 के जी एंड बी सेटिंग में मनाया जाता है।

Eulerian प्रवाह विशेषताओं ग्रिड प्रक्षेप, जो 3 डी कण छवि velocimetry (3 डी-PIV) mimics द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। यह अपेक्षाकृत कम कणों को एक समय पर नज़र रखी होने के कारण ध्यान दें कि महत्वपूर्ण है, तख्ते की एक काफी अधिक संख्या में एक Eulerian विवरण के लिए सही मायने नकल PIV गुणवत्ता के लिए आवश्यक हैं। इस उच्च आदेश आँकड़ों (जैसे, अशांति तीव्रता और रेनॉल्ड्स तनाव) के आकलन में और अधिक महत्वपूर्ण है। विभिन्न जी एंड बी स्तर के लिए जेट मूल में streamwise वेग 8 चित्रा में सचित्र है। माप theoret के साथ तुलना कर रहे हैंराजनैतिक व्यवहार:

3 समीकरण

जहां यू 0 (x) जेट मूल में streamwise वेग है, बी 6 ≈ एक स्थिर है, और एक्स 0 आभासी उत्पत्ति 38 है। चित्रा जी एंड बी स्तर स्थापित करने की प्रासंगिकता से पता चलता है। आंकड़ा 9 एक्स / डी एच = 16 विमान में जेट विमानों की औसत वेग वितरण दिखाता है।

अंत में, स्थानों पर streamwise वेग का बड़े पैमाने पर गतियों के वर्णक्रमीय वितरण φ (च) आर / डी एच = 0, 0.6, और एक्स / डी एच = 10 विमान में 1 10 चित्र में सचित्र है। एक बटरवर्थ कम पास फिल्टर वेग समय श्रृंखला के लिए लागू किया गया थाकट ऑफ आवृत्ति, एफ सी = 200 हर्ट्ज के साथ।

आकृति 1
चित्रा 1:। प्रयोगात्मक सेट अप के योजनाबद्ध यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्रा 2:। (ऊपर बाएं) शीर्ष दृश्य, (नीचे बाएँ) वापस कैमरा और देखें फाड़नेवाला प्रणाली के मद्देनजर, (: प्रयोगात्मक सेट अप इस कैमरे के विभिन्न विचारों और चार छवि को देखने फाड़नेवाला, नालिका और पूछताछ की मात्रा को दिखाता है शीर्ष मध्य, नीचे मध्य) समग्र प्रयोगात्मक सेट अप के पक्ष में विचार, (दाएं) ज़ूम में जेट प्रवाह में बोने के कणों का दृश्य। <एक href = "https://www.jove.com/files/ftp_upload/53745/53745fig2large.jpg" लक्ष्य = "_blank"> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3: कैलिब्रेशन:। (क) कैलिब्रेशन लक्ष्य, (ख) दृश्य फाड़नेवाला से अंशांकन लक्ष्य की छवि सेट, (ग) अंशांकन लक्ष्य से असंदिग्ध के निशान से 3 डी मान्यता यहां इस बात का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए क्लिक करें चित्रा।

चित्रा 4
चित्रा 4: चयनित r/d एच = 0 पर कण प्रक्षेप पथ, 1। 5, 3। यहां यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए क्लिक करें।

चित्रा 5
चित्रा 5:। X / डी एच = 16 विमान, जहां वेग एक रंग के स्तर को पार कर के रूप में दिखाया गया है चित्र में दिखाया गया पूछताछ मात्रा कण प्रक्षेप पथ (x) /d एच के बीच निहित है आकृति 1 (14.5,18.5), y/d आकृति 1 (-2,2), और z/d .jpg "/> (- 2,2) है, जहां (एक्स, वाई, जेड) = (0, 0, 0) जेट मूल के केंद्र में स्थित है, अलग-अलग प्रक्षेप पथ के किनारे वेग थोक वेग द्वारा सामान्यीकृत। यू 0, एक रंग के स्तर के रूप में यह साफ है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
चित्रा 6:। (एक) कण प्रक्षेपवक्र, (ख) विस्थापन, (ग) वेग, और (घ) एक मनमाना कण के त्वरण यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 7 /> चित्रा 7: कणों की वक्रता: ग्राफ़ विमानों पर जेट कोर से रेडियल दूरी के एक समारोह के रूप में मतलब कणों की वक्रता दिखा x/d एच = 16 और x/d एच = 17. देखने के लिए यहाँ क्लिक करें यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण।

आंकड़ा 8
8 चित्रा: (x) /d घंटे के भीतर जेट मूल में Streamwise वेग आकृति 1 (15, 18) विभिन्न जी एंड बी स्तर के लिए। तीन जी एंड बी के स्तर को शामिल किया जाता है (300 और 500 (इष्टतम), 300 और 250, 100 और 250)।745fig8large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

9 चित्रा
चित्रा 9:। X / डी एच = 16 पर streamwise वेग घटक की गैर-आयामी वितरण यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 10
चित्रा 10: आर / डी एच पर स्थित एक बिंदु पर streamwise वेग घटक की शक्ति स्पेक्ट्रम φ (च) = 0 (जेट कोर), 0। 6 और 1 में एक्स / डी एच = 16 विमान। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

वीडियो 1
वीडियो 1: चार देखें फाड़नेवाला से जेट प्रवाह के वीडियो नमूना, 10 बार वास्तविक गति पर 550 एफपीएस प्राप्त की तुलना में धीमी ( सही डाउनलोड करने के लिए क्लिक करें )।

तालिका एक

टीसक्षम 1:। विभिन्न स्तरों पर 3 जी और बी डी खंगाला कणों के आराम करने के लिए जुड़े हुए कणों के अनुपात से तीन जी एंड बी के स्तर को शामिल किया जाता है (100 और 250, 300 व 250, 300 और 500)।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

3 डी-पीटीवी महान क्षमता में कई अन्य लोगों के अलावा महाधमनी टोपोलॉजी 28 में इस तरह के निचले वायुमंडल 25, घर के अंदर वायु वितरण 26, या गुणवाला प्रवाह में बड़े पैमाने पर अशांत गतियों के रूप में अशांत प्रवाह की एक किस्म के जटिल भौतिक विज्ञान को जानने के लिए किया है। हालांकि, अपने फायदे और सीमाओं के साथ ही अनुभव की एक समझ अपनी क्षमता को अधिकतम करने के लिए आवश्यक है। परीक्षण और त्रुटि प्रारंभिक परीक्षण और फ्रेम दर, रोशनी स्रोत, जी और बी स्तर और छवि को छानने विधि सहित इष्टतम सेटिंग्स, के लिए संपूर्ण पुनरावृत्तियों, सीधे (जैसे, अनुरेखक) के कणों का एक सेट की लाग्रंगियन रास्तों के पुनर्निर्माण की क्षमता के साथ सहसंबद्ध होते हैं। यह नोट करना महत्वपूर्ण है कि प्रोटोकॉल के कदम के रूप में यहाँ का प्रदर्शन, जी एंड बी स्तर के समायोजन और FOV की रोशनी (हलोजन स्पॉट लाइट, आवर्धक लेंस के संयोजन और नालिका के नीचे से दर्शाती दर्पण) कर रहे हैं महत्वपूर्ण है।

ईएनटी "> ये समायोजन चार विचार करने के लिए जांच के भीतर प्रकाश scatters अनुकूलन करने के लिए मदद करते हैं। उच्च निष्ठा मापन के लिए प्रयोगात्मक सेटिंग पहचान करने के बाद, पूरी तरह से संशोधन और समस्या निवारण फ्रेम दर के आधार पर सटीक प्रक्षेप पथ की अधिकतम संख्या की गणना करने के लिए किया जाना चाहिए , कैमरा संकल्प और जांच वॉल्यूम के आकार। हालांकि कब्जा कर लिया कणों की संख्या उच्च फ्रेम दर के साथ बढ़ाया जा सकता है, इसके लायक देख रही है कि 3 डी-पीटीवी में लगाया कणों की संख्या PIV की तुलना में काफी कम है। 3 डी का सबसे बड़ा संभावित -PTV कई कणों की लाग्रंगियन रास्तों का वर्णन करने के अपने अद्वितीय क्षमता में है। इस प्रदर्शन में, देखने के लिए अलगानेवाला सेट-अप कई प्रशस्त कैमरे का उपयोग कर से बचने के लिए लागू किया गया था, हालांकि, यह महत्वपूर्ण है ध्यान दें कि इस सेट अप उच्च कैमरा की आवश्यकता है संकल्प और नमूना वॉल्यूम के आकार को सीमित करता है।

इस अध्ययन में, एक परिपत्र जेट के मध्यवर्ती मैदान सुविधाओं गुदा हैं3 डी तकनीक के साथ-पीटीवी विश्लेषण किया। दृष्टिकोण Eulerian और Lagrangian तख्ते से प्रवाह की महत्वपूर्ण सुविधाओं को प्राप्त करने की अनुमति दी। विशेष रूप से, रेडियल दूरी के एक समारोह के रूप में कणों की औसत वक्रता कण trajectories के लाग्रंगियन सुविधाओं का उपयोग कर दो पार के अनुभागीय विमानों पर पहली बार के लिए होती है। मान्यता प्राप्त अंशांकन लक्ष्यों की आरएमएस streamwise और spanwise दिशाओं में 141.7 माइक्रोन के लिए, 7.3 माइक्रोन के बीच चलता है। हालांकि जेड दिशा में विचारों के छोटे कोण के कारण spanwise दिशा में इस उच्च रिश्तेदार त्रुटि पूरी तरह से नहीं दूर किया जा सकता है, यह आगे इस तरह के विभिन्न स्थानों पर एक 2 डी अंशांकन लक्ष्य का उपयोग कर के रूप में जेड दिशा में और अधिक लक्ष्य अंक जोड़कर कम किया जा सकता (बहुत परोंवाला हवाई जहाज़ अंशांकन)।

कुल मिलाकर, 3 डी-पीटीवी एक उपयोगी तकनीक है कि समय पर निर्भर प्रवाह या सक्रिय Scalars की गतिशीलता सहित अन्य समस्याओं की एक संख्या में लागू किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, यह अत्यधिक का अध्ययन करने के लिए उपयोगी हो सकता हैअशांति और जलीय वातावरण में प्रजातियों के बीच परस्पर क्रिया वि।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

लेखकों घोषणा की कि वे कोई प्रतिस्पर्धा वित्तीय हित है।

Acknowledgements

इस काम लियोनार्डो पी कमोरो का शुरू हुआ पैकेज के हिस्से के रूप में यांत्रिक विज्ञान और इंजीनियरिंग, इलिनोइस विश्वविद्यालय Champaign-Urbana, विभाग द्वारा समर्थित किया गया।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Mikrotron 4CXP 4 lanes CXP-6 CoaXPress ImageOps CAMMC4082 High-speed camera
Active Silicon FireBird CoaX Frame Grabber ImageOps FBD-4XCXP6 Frame Grabber
100 μm silver-coated hollow ceramic spheres Potters Industries LLC AG-SL150-30-TRD Seeding Paritcles
StreamPix6 Upstate Technical Equipment CO.,INC MISNOR-STP-6-S-CL Camera appliation
Four-view splitter Photrack AG Customized part and necessary if performing 3D-PTV with one camera
250 Watts Spotlight Halogen General Electrics 23719 Light source
OpenPTV (Software) OpenPTV (http://www.openptv.net) Open source particle tracking software (Note: available as a service for anyone who wants to use it without all the installation mess or computer power availability problems).

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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. Turbulence measurements in axisymmetric jets of air and helium. Part 1. Air jet. J Fluid Mech. 246, 197-223 (1993).
  4. Hussein, H. J., Capp, S. P., George, W. K. Velocity measurements in a high-Reynolds-number, momentum-conserving, axisymmetric, turbulent jet. J Fluid Mech. 258, 31-75 (1994).
  5. Yule, A. Large-scale structure in the mixing layer of a round jet. J Fluid Mech. 89, 413-432 (1978).
  6. Yule, A., Chigier, N., Ralph, S., Boulderstone, R., Venturag, J. Combustion-transition interaction in a jet flame. AIAA Journal. 19, 752-760 (1981).
  7. Quinn, W. Upstream nozzle shaping effects on near field flow in round turbulent free jets. Eur J Mech B-Fluid. 25, 279-301 (2006).
  8. Mi, J., Nathan, G. J., Luxton, R. E. Centreline mixing characteristics of jets from nine differently shaped nozzles. Exp Fluids. 28, 93-94 (2000).
  9. Karlsson, R. I., Eriksson, J., Persson, J. LDV measurements in a plane wall jet in a large enclosure. DTIC [Internet]. Available from: http://oai.dtic.mil/oai/oai?verb=getRecord&metadataPrefix=html&identifier=ADP008905 (1992).
  10. Liepmann, D., Gharib, M. The role of streamwise vorticity in the near-field entrainment of round jets. J Fluid Mech. 245, 643-668 (1992).
  11. Oh, S. K., Shin, H. D. A visualization study on the effect of forcing amplitude on tone-excited isothermal jets and jet diffusion flames. Int J Energ Res. 22, 343-354 (1998).
  12. Cenedese, A., Doglia, G., Romano, G., De Michele, G., Tanzini, G. LDA and PIV velocity measurements in free jets. Exp Therm Fluid Sci. 9, 125-134 (1994).
  13. Wang, H., Peng, X., Lin, W., Pan, C., Wang, B. Bubble-top jet flow on microwires. Int J Heat Mass Tran. 47, 2891-2900 (2004).
  14. Shestakov, M. V., Tokarev, M. P., Markovich, D. M. 3D Flow Dynamics in a Turbulent Slot Jet: Time-resolved Tomographic PIV Measurements. 17th Int Symp on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics. (2014).
  15. Bridges, J., Wernet, M. P. Measurements of the aeroacoustic sound source in hot jets. AIAA [Internet]. Available from: http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2003-3130 (2003).
  16. Scarano, F., Bryon, K., Violato, D. Time-resolved analysis of circular and chevron jets transition by tomo-PIV. 15th Int Symp on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics. (2010).
  17. Holzner, M., Liberzon, A., Nikitin, N., Kinzelbach, W., Tsinober, A. Small-scale aspects of flows in proximity of the turbulent/nonturbulent interface. Phys Fluids. 19, 071702 (2007).
  18. Holzner, M., et al. A Lagrangian investigation of the small-scale features of turbulent entrainment through particle tracking and direct numerical simulation. J Fluid Mech. 598, 465-475 (2008).
  19. Chang, T. P., Wilcox, N. A., Tatterson, G. B. Application of image processing to the analysis of three-dimensional flow fields. Opt Eng. 23, 283-287 (1984).
  20. Racca, R., Dewey, J. A method for automatic particle tracking in a three-dimensional flow field. Exp Fluids. 6, 25-32 (1988).
  21. Maas, H. G., Gruen, D., Papantoniou, D. Particle tracking velocimetry in three-dimensional flows. Exp Fluids. 15, 133-146 (1993).
  22. Kasagi, N., Matsunaga, A. Three-dimensional particle tracking velocimetry measurement of turbulence statistics and energy budget in a backward-facing step flow. Int J Heat Fluid Fl. 16, 477-485 (1995).
  23. Virant, M., Dracos, T. 3D PTV and its application on Lagrangian motion. Meas Sci Technol. 8, 1539 (1997).
  24. Willneff, J. A spatio-temporal matching algorithm for 3 D particle tracking velocimetry. Mitteilungen- Institut fur Geodasie und Photogrammetrie an der Eidgenossischen Technischen Hochschule Zurich. Zurich. (2003).
  25. Rosi, G. A., Sherry, M., Kinzel, M., Rival, D. E. Characterizing the lower log region of the atmospheric surface layer via large-scale particle tracking velocimetry. Exp Fluid. 55, 1-10 (2014).
  26. Fu, S., Biwole, P. H., Mathis, C. Particle Tracking Velocimetry for indoor airflow field: A review. Build Environ. 87, 34-44 (2015).
  27. Kolaas, J., Jensen, A., Mielnik, M. Visualization and measurements of flows in micro silicon Y-channels. Eur Phys J E. 36, 1-11 (2013).
  28. Gülan, U., et al. Experimental study of aortic flow in the ascending aortavia Particle Tracking Velocimetry. Exp Fluids. 53, 1469-1485 (2012).
  29. Mei, R. Velocity fidelity of flow tracer particles. Exp Fluids. 22, 1-13 (1996).
  30. Tropea, C., Yarin, A. L., Foss, J. F. Springer handbook of experimental fluid mechanics. 1, Springer Science & Business Media. (2007).
  31. Melling, A. Tracer particles and seeding for particle image velocimetry. Meas Sci Technol. 8, 1406 (1997).
  32. Hering, F., Leue, C., Wierzimok, D., Jähne, B. Particle tracking velocimetry beneath water waves. Part I: visualization and tracking algorithms. Exp Fluids. 23, 472-482 (1997).
  33. Biferale, L., et al. Lagrangian structure functions in turbulence: A quantitative comparison between experiment and direct numerical simulation. Phys Fluids. 20, 065103 (2008).
  34. Lüthi, B., Tsinober, A., Kinzelbach, W. Lagrangian measurement of vorticity dynamics in turbulent flow. J Fluid mech. 528, 87-118 (2005).
  35. Hoyer, K., et al. 3d scanning particle tracking velocimetry. Exp Fluids. 39, 923-934 (2005).
  36. Kim, J. -T. Three-dimensional particle tracking velocimetry for turbulence applications. UIUC. http://chamorro.mechse.illinois.edu/3d.htm (2015).
  37. Lüthi, B. Some aspects of strain, vorticity and material element dynamics as measured with 3D particle tracking velocimetry in a turbulent flow. ETH Zürich. Nr. 14893 (2002).
  38. Pope, S. B. Turbulent flows. Cambridge university press. (2000).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Video Stats