Medida simultánea de la cinemática de la partícula usando técnicas de imagen de flujo y turbulencia

Erin E. Hackett; Roi Gurka

doi:10.3791/58036

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Resumen

La técnica descrita en el presente documento ofrece un método relativamente simple y de bajo costo para medir simultáneamente la cinemática de la partícula y la turbulencia en flujos con concentraciones bajas de partículas. La turbulencia se mide utilizando partículas imagen velocimetry (PIV), y cinemática de la partícula se calcula a partir de imágenes obtenidas con una cámara de alta velocidad en un campo de vista superpuesto.

Resumen

Numerosos problemas en los campos científicos y de ingeniería implican entender la cinemática de partículas en flujos turbulentos, tales como contaminantes, microorganismos marinos y sedimentos en el océano, o en reactores de lecho fluidizado y los procesos de combustión en sistemas de ingeniería. Para estudiar el efecto de la turbulencia sobre la cinemática de las partículas en dichos flujos, se requieren mediciones simultáneas de la cinemática del flujo y la partícula. Existen técnicas de medición de flujo no intrusivo, óptico para medir la turbulencia, o para el seguimiento de las partículas, pero ambos al mismo tiempo de medición puede ser difícil debido a la interferencia entre las técnicas. El método aquí presentado proporciona un método relativamente simple y de bajo costo para hacer medidas simultáneas de la cinemática de la partícula y el flujo. Una sección transversal del flujo se mide utilizando una partícula imagen velocimetry (PIV) técnica, que proporciona dos componentes de velocidad en el plano de medición. Esta técnica utiliza un láser de pulsos para la iluminación del campo de flujo sembrado que es fotografiada por una cámara digital. La cinemática de la partícula son simultáneamente reflejada con una lámpara que emite luz de línea del diodo (LED) que ilumina una sección plana de la corriente que se superpone con la PIV campo de visión (FOV). La luz de la línea es de energía suficientemente baja que no afecta las medidas de PIV, pero lo suficientemente potente como para iluminar las partículas más grandes de interés reflejada usando la cámara de alta velocidad. Imágenes de alta velocidad que contienen los pulsos del láser de la técnica PIV se filtran fácilmente examinando el nivel de intensidad sumados de cada imagen de alta velocidad. Haciendo que la velocidad de fotogramas de la cámara alta velocidad inconmensurable con el de la velocidad de fotogramas de cámara PIV, puede reducirse el número de contaminados fotogramas de la serie de tiempo de alta velocidad. La técnica es conveniente para flujos significa que son predominantemente bidimensionales, contienen partículas que son al menos 5 veces el diámetro medio de la PIV siembra trazadores y baja concentración.

Introducción

Existen un gran número de aplicaciones en campos científicos y de ingeniería que involucren el comportamiento de las partículas en el flujo turbulento, por ejemplo, aerosoles en la atmósfera, contaminantes o sedimentos en sistemas de ingeniería y Marina los microorganismos o sedimentos en el océano¹^,²^,³. En este tipo de aplicaciones, es a menudo de interés para entender cómo las partículas responden a las turbulencias, que requiere la medición simultánea de la cinemática de la partícula y la dinámica de fluidos.

Tecnologías existentes para medir mo....