Name: high-speed particle image velocimetry near surfaces
Uploaded: 2013-06-24T14:00:00
Duration: 11 min 59 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about High-speed Particle Image Velocimetry Near Surfaces at JoVE.com

ويستند هذه المواد على العمل بدعم من مؤسسة العلوم الوطنية الأميركية تحت المنحة رقم CBET-1032930 والعمل الذي أنجز في جامعة مختبر التشخيص الليزر الكمي ميشيغان.

<ol>
	<li>Raffel, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Particle Image Velocimetry: A Practical Guide. , (2007).</li><li>Adrian, R. J., Westerweel, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Particle image velocimetry. , (2011).</li><li>Sick, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+speed+imaging+in+fundamental+and+applied+combustion+research.">High speed imaging in fundamental and applied combustion research.</a> Proceedings of the Combustion Institute. 34 (2), 3509-3530 (2013).</li><li>Prasad, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle+image+velocimetry.">Particle image velocimetry.</a> Current Science (Bangalore). 79 (1), 51 (2000).</li><li>Stitou, A., Riethmuller, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extension+of+PIV+to+super+resolution+using+PTV.">Extension of PIV to super resolution using PTV.</a> Measurement Science &amp; Technology. 12 (9), 1398-1403 (2001).</li><li>Alharbi, A. Y., Sick, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+boundary+layers+in+internal+combustion+engines+using+a+hybrid+algorithm+of+high+speed+micro-PIV+and+PTV.">Investigation of boundary layers in internal combustion engines using a hybrid algorithm of high speed micro-PIV and PTV.</a> Experiments in Fluids. 49 (4), 949-959 (2010).</li><li>Meinhart, C. D., Wereley, S. T., Santiago, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+PIV+Algorithm+for+Estimating+Time-Averaged+Velocity+Fields.">A PIV Algorithm for Estimating Time-Averaged Velocity Fields.</a> Journal of Fluids Engineering. 122 (2), 285 (2000).</li><li>Jainski, C., Lu, L., Dreizler, A., Sick, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Speed+Micro+Particle+Image+Velocimetry+Studies+of+Boundary-Layer+Flows+in+a+Direct-Injection+Engine.">High-Speed Micro Particle Image Velocimetry Studies of Boundary-Layer Flows in a Direct-Injection Engine.</a> International Journal of Engine Research. , (2012).</li><li>White, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fluid mechanics. , 864 (2008).</li><li>Pope, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Turbulent Flows. , 771 (2000).</li><li>Most, D., Leipertz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+Two-Dimensional+Flow+Velocity+and+Gas+Temperature+Measurements+by+use+of+a+Combined+Particle+Image+Velocimetry+and+Filtered+Rayleigh+Scattering+Technique.">Simultaneous Two-Dimensional Flow Velocity and Gas Temperature Measurements by use of a Combined Particle Image Velocimetry and Filtered Rayleigh Scattering Technique.</a> Applied Optics. 40 (30), 5379 (2001).</li><li>Omrane, A., Petersson, P., Ald&#233;n, M., Linne, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+2D+flow+velocity+and+gas+temperature+measurements+using+thermographic+phosphors.">Simultaneous 2D flow velocity and gas temperature measurements using thermographic phosphors.</a> Applied Physics B. 92 (1), 99-102 (2008).</li><li>Someya, S., Li, Y., Ishii, K., Okamoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+two-dimensional+velocity+and+temperature+measurements+of+natural+convection+using+a+high-speed+camera+and+temperature-sensitive+particles.">Combined two-dimensional velocity and temperature measurements of natural convection using a high-speed camera and temperature-sensitive particles.</a> Experiments in Fluids. 50 (1), 65-73 (2010).</li><li>Peterson, B., Reuss, D. L., Sick, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-speed+imaging+analysis+of+misfires+in+a+spray-guided+direct+injection+engine.">High-speed imaging analysis of misfires in a spray-guided direct injection engine.</a> Proceedings of the Combustion Institute. 33 (2), 3089-3096 (2011).</li></ol>

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

كما هو الحال مع أي تقنية قياس التدفق الضوئي، التخطيط لإعداد عالية السرعة الجسيمات velocimetry صورة (التعريف الشخصية) يتطلب تقييم المعوقات وتقييم أفضل حلول وسط للمهمة القياس في متناول اليد. اختيار تكبير الصورة، ومعدل الإطار، وخصائص ورقة ليزر، وخوارزميات التحليل تعتمد على التفاصيل من تدفق قيد الدراسة. إذا لزم الأمر، ويجب إجراء القياسات استكشافية لتحديد إعدادات المعلمة لقياس الدقة العالية. توضح هذه المقالة الإجراءات العامة وبعض النتائج لعينة التعريف الشخصي عالي السرعة لدراسة طبقة الحدود من تدفق على طول لوحة مسطحة. وسجلت سلسلة من 500 صورة في 5 كيلو هرتز. تم استخدام المجهر لمسافات طويلة لتحقيق 2.4 × 1.8 مم 2 حقل من رأي تقع على سطح اللوحة. وقد تحقق إضاءة عالية الجودة من قطرات زيت بذور مع شعاع من نابض الصمام الثنائي ضخ ليزر الحالة الصلبة والتي توسعت في ضوء SHEET باستخدام الخالط شعاع. شعاع الخالط يحتوي على مجموعة عدسة الصغيرة تتكون من عدسات أسطوانية صغيرة وإضافية، تلسكوب متكاملة. مجموعة الصغرى عدسة توسع شعاع دائرية في الاتجاه الرأسي عن طريق تقسيم شعاع الواردة إلى beamlets. ثم التلسكوب التالية تطغى على beamlets لإنشاء ورقة ضوء مع توزيع كثافة الضوء حتى في الطائرة ورقة الضوء الطبيعي إلى انتشار شعاع. تمت معالجة الصور باستخدام خوارزمية التعريف الشخصية عبر الارتباط. وتجدر الإشارة إلى أن شعاع المتجانس هو مفيد، وخاصة عند العمل بالقرب من الأسطح، ولكنها ليست حاسمة لتطبيق الموصوفة هنا. الطريقة المبينة في هذا الإجراء تمكن غير تدخلية ذات الدقة العالية، والتحقيقات عالية السرعة من التدفقات باستخدام خوارزميات ارتباط قوي. المزايا الرئيسية لهذا عالية الدقة، وتقنية قياس السرعة العالية هي ارتفاع القرار المكانية والزمانية والقدرة على تحديد وتتبعتطور الهياكل داخل التدفق. باستخدام هذه التقنيات، 6 الحربي وJainski وآخرون. وقد أثبتت 8 القدرة على تصور وتتبع هياكل دوامة داخل طبقة الحدود من محرك الاحتراق الداخلي. هذه الملامح الرئيسية تمكينها من التحقيق بشأن هيكل وديناميات تدفقات عابرة للغاية. وعلاوة على ذلك، يمكن توسيع نطاق التعريف الشخصية وراء ثنائي الأبعاد والحقول سرعة ثنائي مكون (2D-2C) (كما هو موضح هنا) لحل 3 مكونات (3C) في طائرة (ستيريو التعريف الشخصية) وبحجم (تصوير الشعاعي الطبقي التعريف الشخصية والمسح الضوئي التعريف الشخصية، المجسم التعريف الشخصي). بالإضافة إلى ذلك، قد يتم تنفيذها التعريف الشخصية مع تقنيات أخرى مثل مستو الليزر التي يسببها مضان (PLIF) وتصفيتها نثر رايلي (FRS)، والمواد الفوسفورية الحراري لتحقيق قياسات 2D في وقت واحد من السرعة وسكالارس الأخرى (درجة الحرارة، وتركيز الأنواع، ونسب التكافؤ) 11 -14. هذه الأساليب البصرية، ويعتمد على الليزر يمكن تطبيقها مباشرة على التحقيق الشامل وعمليات تبادل الطاقة في العديد من التطبيقات، مثل قرب الجدار يصب في محرك الاحتراق الداخلي.

قياسات متعددة الأبعاد للسرعات والقدرة على تتبع مجال تدفق في الوقت توفير المعلومات الهامة في العديد من مجالات العلوم، والهندسة، والعلوم الصحية. من بين التقنيات الأكثر استخداما على نطاق واسع لتصوير تدفق الجسيمات صورة velocimetry (التعريف الشخصي). أنشئت في البداية كأسلوب مستو أن لقطات يقاس من اثنين في الطائرة مكونات السرعة، تم وضع المتغيرات التعريف الشخصية لتوفير قدرات قياس ثلاثي مكون والحجمي. تتكون جميع أنظمة التعريف الشخصي من الجسيمات التتبع، واحد أو أكثر من مصادر الضوء، واحد أو أكثر من الكاميرات. وتستخدم جزيئات صلبة أو قطرات باسم الجسيمات التتبع ولكن يمكن أيضا فقاعات الكامنة في تدفق أن تستخدم جزيئات التتبع. الكاميرا (ق) ثم صورة (صور) متناثرة أو ينبعث الضوء من الجزيئات التتبع بعد والمشع من قبل مصدر الضوء (ق). من بين مجموعة واسعة من الاختلافات 1،2 الأكثر شيوعا يلتقط عنصرين السرعة في طائرة في الفئران(ه) من عدد قليل من لقطة في الثانية. وفي الآونة الأخيرة، والأجهزة الجديدة مكنت قياسات معدل الإطار عالية (&gt; 1 كيلو هرتز) التي تتبع تدفق في النطاقات الزمنية المضطربة في نطاق كيلو هرتز. التعريف الشخصية يحدد حقل سرعة عن طريق تتبع متوسط ​​حركة الجسيمات مجموعات من زوج من الصور التي تكون مفصولة فترة زمنية معروفة. وينقسم كل صورة إلى الشبكة من نظام التشغيل Windows الاستجواب متباعدة بصورة منتظمة. الأكثر شيوعا الاستجواب حجم الإطار هو 32 × 32 بكسل. خوارزمية يحسب وظيفة عبر الارتباط لكافة إطارات الاستجواب، مما أدى إلى تشريد ناقلات واحد لكل إطار الاستجواب وبالتالي تنتج الشبكة العادية للناقلات. تقسيم حقل متجه الإزاحة التي كتبها تأخير الوقت ثم يحدد مجال ناقل السرعة. عند التخطيط القياسات التعريف الشخصي من المهم أن ندرك أن عادة اختيار إعدادات التجريبية تمثل حلا وسطا بين المتطلبات المتعارضة. وبعبارة أخرى، فإن التجربةتحتاج الظروف النفسية إلى أن يخطط لها بعناية لالتقاط جوانب تدفق التي هي ذات أهمية للدراسة في متناول اليد. الكتب المطبوعة من قبل Raffel وآخرون. 1 وأدريان وWesterweel 2 توفير ممتازة مناقشات متعمقة من هذه القيود. هنا نسلط الضوء على عدة التي هي الأكثر أهمية في السياق الحالي. وسيكون اختيار مجال للرؤية (FOV) تعيين نقطة الانطلاق لاختيار المعلمة هنا. عدد وحدات البكسل على رقاقة الكاميرا ثم يحدد القرار المكانية وعدد من ناقلات التي يتم الحصول عليها، على افتراض أن واحد يختار لاستخدام الاستجواب نافذة الأحجام من 32 × 32 بكسل، وغالبا مع التداخل 50٪ خلال الإجراء عبر الارتباط. هو المطلوب كثافة البذر من 8-10 الجسيمات في إطار الاستجواب عموما للمساعدة في وظيفة عبر الارتباط. ومع ذلك، هناك خوارزميات خاصة، مثل الجسيمات velocimetry تتبع (PTV) ونهج الترابط على متوسط ​​الوقت، على أنه يجوزيمكن استخدامها لمعالجة الحالات مع كثافة البذر منخفضة (1-3 جسيمات / نافذة الاستجواب) كما هو الحال مع التصوير قرب السطوح. لاحظ أن تدرجات السرعة داخل كل إطار التحقيق ينبغي أن تكون صغيرة لتجنب التحيز في ناقلات ممثل الناتجة عن تلك النافذة. وأنشئت سيادة الإبهام هو أن الجسيمات التشريد بين الإطار الأول والثاني يجب أن لا يتجاوز 8 بكسل (¼ من الاستجواب حجم الإطار) للحد من عدد من الخسائر الاقتران (فقدان الجسيمات الصور ضمن إطار الاستجواب من أول الإطار إلى الإطار الثاني) للارتباط. ونتيجة لذلك، فإن الوقت بين اثنين من نبضات الليزر على التوالي (DT) لابد من تعديلها وفقا لذلك. ومع ذلك، فإن تقليص DT أدناه ما يعادل تشريد 8 بكسل تقليل النطاق الديناميكي سرعة لأن الحد الأدنى القرار النهائي هو بناء على أمر من 0.1 بكسل النزوح. مماثلة إلى 8 بكسل النزوح ثithin الطائرة والتصوير، وأعلى سرعة الجسيمات لا ينبغي أن تجتاز أكثر من ¼ من سمك ورقة الضوء، مرة أخرى لتقليل عدد الخسائر الاقتران. منذ يستخدم التأخير الزمني بين اثنين من نبضات الليزر لضمان أفضل العلاقات المتبادلة داخل الطائرة ورقة ضوء، وسمك الورقة هو متغير في هذا السياق. في حين أن التوحيد من شدة الضوء ليست حرجة كما هو الحال بالنسبة لقياسات القائمة على كثافة مثل مستو الليزر التي يسببها مضان التصوير 3، وهو أعلى قبعة ملف شعاع بالقرب يساعد التعريف الشخصية الجودة، وخاصة بالنسبة للأعلى التصوير القرار. بشكل عام، بعض الافتراضات حول طبيعة تدفق قيد الدراسة يمكن أن تستخدم كنقطة انطلاق في اختيار المعلمات التجريبية. ثم، قد تكون هناك حاجة استكشافية التجارب لصقل الإعدادات. هنا نحن تصف كيفية إعداد التجربة التعريف الشخصي الذي يسمح الإطار قياسات التصوير ارتفاع معدل اثنين compone سرعةاليلة مع القرار المكانية التي هي كافية لحل هياكل طبقة الحدود. ويتم إنجاز هذا مع استخدام معدل التكرار عالية TEM 00 الصمام الثنائي ضخ ليزر الحالة الصلبة، المجهر لمسافات طويلة، وارتفاع معدل الإطار كاميرا CMOS. وقد تضمنت أيضا بعض التفاصيل عن التصوير قرب السطوح.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of Equipment</td>
			<td>Company</td>
			<td>Model</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-speed 532 nm Nd:YAG laser</td>
			<td>Quantronix</td>
			<td>Model: Hawk I</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Long distance microscope (QM-100)</td>
			<td>Questar</td>
			<td>Model: QM-100</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-speed CMOS camera (Phantom v7.3)</td>
			<td>Vision Research</td>
			<td>Model: Phantom v7.3</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Atomizer (TSI 9306)</td>
			<td>TSI</td>
			<td>Model: 9306</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone oil</td>
			<td>Dow Corning CST 510</td>
			<td>CST 510 Fluid</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Beam homogenizer</td>
			<td>Fraunhofer</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Custom made part</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>45&deg; high-reflectivity (HR) 532 nm turning mirror</td>
			<td>Laser Optik</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Multiple suppliers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aperture</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Multiple suppliers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calibration target</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Custom made part</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PIV recording and processing software</td>
			<td>LaVision</td>
			<td>Software: Da Vis</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-speed controller (HSC)</td>
			<td>LaVision</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical rail and carriers</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Multiple suppliers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser beam blocks and traps</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Multiple suppliers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mounts for optical elements</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Multiple suppliers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Translation stage</td>
			<td>Newport</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metal tubing to create jet flow</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Multiple suppliers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Combination square and centering square</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Multiple suppliers</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

high-speed particle image velocimetry near surfaces

تدفقات متعددة الأبعاد وعابرة تلعب دورا رئيسيا في العديد من مجالات العلوم، والهندسة، والعلوم الصحية، ولكن غالبا ما تكون غير مفهومة جيدا. يمكن دراسة الطبيعة المعقدة لهذه التدفقات باستخدام الجسيمات الصور velocimetry (التعريف الشخصية)، وهي تقنية التصوير القائم على الليزر لتدفقات الوصول بصريا. على الرغم من العديد من أشكال التعريف الشخصية موجودة بأن يمدد تقنية ما وراء مستو الأصلي ثنائي مكون قدرات قياس السرعة، ويتكون نظام التعريف الشخصية الأساسية لمصدر الضوء (الليزر)، وكاميرا، والجسيمات التتبع، وخوارزميات التحليل. تم تعديل المعلمات التصوير والتسجيل، ومصدر للضوء، وخوارزميات لتحسين تسجيل لتدفق الفائدة وسرعة الحصول على بيانات صحيحة. مشترك التحقيقات التدبير التعريف الشخصية سرعات ثنائي مكون في طائرة في بضعة إطارات في الثانية الواحدة. قياسات معدل الإطار عالية (&gt; 1 كيلو هرتز) ومع ذلك، فقد سهلت التطورات الأخيرة في الأجهزة قادرة على حل انتقاليةتدفقات الأنف والحنجرة مع القرار الزماني عالية. ولذلك، وقياسات معدل الإطار عالية لديها تحقيقات تمكين على تطور هيكل وديناميات تدفقات عابرة للغاية. هذه التحقيقات تلعب دورا حاسما في فهم الفيزياء الأساسية للتدفقات معقدة. وتقدم وصفا مفصلا لأداء عالية الدقة وسرعة عالية في مستو التعريف الشخصي لدراسة تدفق عابرة بالقرب من سطح لوحة مسطحة هنا. وترد تفاصيل لتعديل القيود المعلمة مثل الصورة وخصائص التسجيل، وخصائص ورقة ليزر، وتجهيز الخوارزميات على التكيف التعريف الشخصي لأي تدفق من الفائدة.

يتم عرض صورة لمجموعة المتابعة في الشكل 1. وتظهر الصور الجسيمات الأولية ل× 32 بكسل نافذة الاستجواب 32 بالقرب من الجدار من اثنين من الصور التي تم التقاطها على التوالي في الشكل 2. مشردون الجزيئات في 2A ​​الشكل 2-3 بكسل إلى اليمين في الشكل 2B وتلبية &quot;القاعدة ربع&quot;، والتي تنص على أن النزوح الجسيمات في الطائرة وخارج الطائرة يجب ألا يتجاوز ¼ من الاستجواب حجم النافذة . بالإضافة إلى ذلك، ينبغي أن كثافة الجسيمات في إطار الاستجواب يكون تقريبا 8-10 جزيئات منذ خوارزميات ارتباط التعريف الشخصي تتبع مجموعات من الجزيئات. ومع ذلك، فإن كثافة البذر في شبه جدار التعريف الشخصية التحقيقات في كثير من الأحيان بناء على أمر من 1-3 الجزيئات. وبالتالي، ينبغي أن تستخدم خوارزميات خاصة لمعالجة دراسات مع انخفاض كثافة البذر، مثل الجسيمات تتبع velocimetry (PTV) الخوارزميات التي تتبع الجزيئات الفردية 1،2،4-6. نهج الترابط على متوسط ​​الوقتويمكن أيضا أن تستخدم 7،8 لمعالجة القضايا كثافة البذر منخفض، ولكن هذا يؤدي عادة إلى فقدان القرار الزماني. بالإضافة إلى ذلك، يتأثر التصوير بالقرب من الجدران عن انعكاسات الليزر مشرق التي قد تؤثر سلبا على العلاقات المتبادلة التعريف الشخصية وإنتاج ناقلات كاذبة. الحد من هذه الانعكاسات مشرق أيضا منصب أول ناقل السرعة صالحة في الاتجاه الطبيعي الجدار. قبل معالجة الصور الجسيمات الأولية هو ضروري للحد من تأثير الضوضاء في الخلفية من مصادر مثل انعكاسات الليزر. في هذه المظاهرة كانت تقع أول ناقل صالح 23 ميكرون من الجدار. بعد تتم معالجة الصور الخام الجسيمات باستخدام خوارزميات ارتباط التعريف الشخصي، ينبغي تقييم جودة وصلاحية الناتج الحقول ناقل السرعة. ناقلات زائفة لا يمكن تجنبها في مجالات ناقلات الخام ولكن هناك عدد قليل من الخصائص المميزة. ناقلات غير صحيحة شائعة قرب السطوح، عند حواف الورقة الضوء، وعلى حواف ستدفق كرة القدم. وبالإضافة إلى ذلك، فإن حجم واتجاه المتجهات غير صالحة تختلف اختلافا كبيرا من ناقلات المجاورة ولن يجعل بالمعنى المادي. في حالة هذه الحدود طبقة تدفق سبيل المثال، يجب على ناقلات سرعة صالحة نقطة واحدة من اليسار إلى اليمين كما تشرد الجسيمات من الشكل 2 تبين. بالإضافة إلى ذلك، ينبغي أن تنخفض السرعات بالقرب من جدار نظرا لحالة عدم الانزلاق 9. الحقول السرعة اللحظية هو مبين في الشكل (3) تناسب كلا من هذه المعايير المادية. آخر متري مفيدة لتقييم صحة النتائج التعريف الشخصي هو تحديد خيار متجه من كل ناقلات في مجال ناقل السرعة. بشكل عام، يجب أن مجال ناقلات تتكون من&gt; = 95٪ ناقلات الخيار الأول، أي تلك التي تتطلب أي تجهيز آخر، بحيث قوية خوارزميات مرحلة ما بعد المعالجة يمكن أن تستخدم لكشف واستبدال ناقلات زائفة دون إنتاج القطع الأثرية كبيرة 2. الحقول ناقلات حظية هو مبين في <sترونج&gt; الشكل 3 وتتكون كليا من 1 ناقلات الاختيار. أهمية عالية السرعة، أو سينمائي، والقياسات التعريف الشخصية يصبح واضحا من إجراء تفتيش لتسلسل زمني من الصور التدفق. وتظهر السرعة اللحظية (V ط) وتقلب سرعة (V &#39;) حقول المتجهات في بداية ووسط ونهاية تسلسل تسجيل في الشكل 3. باستخدام التحلل رينولدز، V i هو مجموع الحقل سرعة بلغ متوسط ​​( <img alt="معادلة" fo:src="/files/ftp_upload/50559/50559eq2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50559/50559eq2.jpg" /> ) وV &#39;10. لهذه التجربة، <img alt="معادلة" fo:src="/files/ftp_upload/50559/50559eq2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50559/50559eq2.jpg" /> تم يحدده زمنيا المتوسط ​​كل الصور في تسلسل. الحقول ناقلات حظية من خلالخارج تسلسل تسجيل متشابهة جدا، وتظهر تدفق الانتقال من اليسار إلى اليمين. وتشير هذه النتائج إلى أن تدفق هو في الغالب في الاتجاه الأفقي منذ عنصر السرعة الأفقية (ش) هو أكبر بكثير من عنصر السرعة العمودية (V). وتشير حقول المتجهات تقلب أيضا أن التقلبات السرعة الافقية (U &#39;) تكون أكبر من تقلبات سرعة عمودي (V&#39;). ومع ذلك، فإن التقلبات تشير أيضا إلى أن تدفق يتباطأ منذ U &#39;عكس اتجاهه في جميع أنحاء تسلسل تسجيل. وتظهر ملامح في عدة أوقات مختلفة طوال تسلسل تسجيل في الشكل (4) والتحقق من أن تدفق يتباطأ مع مرور الوقت - تحت متوسط ​​الوقت ولحظية. يو - لمحات نحنإعادة يحدده بمعدل أربعة أعمدة ناقلات المجاورة معا لتحسين الدلالة الإحصائية للنتائج على مقربة من الجدار. تم استخدام الإجراء في الأعمال السابقة 6،8. أشرطة الخطأ تشير إلى ضعف الانحراف المعياري للأعمدة أربعة ناقلات المجاورة. يحدث أكبر شريط خطأ بالقرب من سطح اللوحة ويؤكد صعوبة باستخدام خوارزميات ارتباط التعريف الشخصي للمناطق ذات الكثافة المنخفضة البذر. صممت العديد من خوارزميات تحليل لمعالجة كثافة البذر منخفضة مثل PTV 5،6 ونهج الترابط على متوسط ​​الوقت 7،8. <img alt="الشكل 1" src="/files/ftp_upload/50559/50559fig1.jpg" /> الشكل 1. الفوق الجمعية. <img alt="الشكل 2" fo:content-width="5.5in" fo:src="/files/ftp_upload/50559/50559fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50559/50559fig2.jpg" /> الشكل 2. الصور الجسيمات في 32 × 32 بكسل الاستجواب بالقرب من الجدار في) ر = 0.2 ميللي ثانية وب) T = 0.4 ميللي ثانية. الأبعاد المادية من إطار التحقيق هي 96 × 96 ميكرون 2. <img alt="الشكل (3)" src="/files/ftp_upload/50559/50559fig3.jpg" /> الرقم 3 على اليسار: حظية (V I)، وعلى اليمين: تذبذب (V &#39;) الحقول سرعة في بداية ووسط ونهاية تسلسل تسجيل. وتتكون حقول المتجهات تماما من نواقل الخيار الأول. ويرد فرعية أصغر من حقول المتجهات للوضوح. الحقول أنا V تشير إلى تدفق تتحرك من اليسار إلى اليمين في حين V &#39;الاتجاه المعاكس. يرجى ملاحظة أن يظهر فقط كل عمود ناقل الرابعة في الاتجاه الأفقي للوضوح. بالإضافة إلى ذلك، مقياس سرعة بين ط V والميادين V &#39;يختلف على النحو المبين في أعلى الزاوية اليسرى من كل صورة. <img alt="الشكل 4" src="/files/ftp_upload/50559/50559fig4.jpg" /> الشكل 4. سرعة (U) لمحات أفقي في أوقات مختلفة في جميع أنحاء التدفق. ويظهر ملف تعريف مع الدوائر - الوقت بلغ متوسط ​​يو. أشرطة الخطأ التي تظهر على T = 0.1 ميللي ثانية الشخصي هي ممثل أشرطة الخطأ لجميع الأوقات الأخرى. التاريخ الوقت من U - لمحات يظهر انخفاضا في تدفق مرور الوقت.

Watch this Scientific Journal Video about High-speed Particle Image Velocimetry Near Surfaces at JoVE.com

High-speed Particle Image Velocimetry Near Surfaces

ووصف الإجراء لدراسة تدفقات عابرة قرب الحدود باستخدام عالية الدقة، صورة جسيمات عالية السرعة velocimetry (التعريف الشخصي) هنا. التعريف الشخصية هي تقنية القياس غير تدخلية تنطبق على أي تدفق للوصول بصريا عن طريق تحسين العديد من المعوقات المعلمة مثل الصورة وتسجيل العقارات، وخصائص ورقة ليزر، وخوارزميات التحليل.

عالي السرعة الجسيمات Velocimetry صورة قرب السطوح

Multi-dimensional and transient flows play a key role in many areas of science, engineering, and health sciences but are often not well understood. The ...

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Engineering

Physics

Mechanical Engineering

Unit 1

Physics Basics

Vectors and Scalars

SCIENTISTS IN ACTION

Echo Particle Image Velocimetry

صدى الجسيمات Velocimetry صورة

The transport of mass, momentum, and energy in fluid flows is ultimately determined by spatiotemporal distributions of the fluid velocity field.1 ...

Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

التحقيق ورسم الخرائط أسطح الكهربائي في خلايا الوقود الصلبة أكسيد

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen ...

Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

تلفيق نانو هندسيا إجراء أكاسيد شفافة من ترسب الليزر النبضي

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

عالية الدقة، والسرعة الفائقة، والتصوير ثلاثي الأبعاد الفيديو مع تقنيات الإسقاط هامش الرقمية

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses ...

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

الاتصال أحادي الطبقة المنشطات من السيليكون السطوح والأسلاك المتناهية الصغر عن طريق المركبات الفوسفورية العضوية

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Visualization of High Speed Liquid Jet Impaction on a Moving Surface

تصور عالية السرعة السائل جيت الانحشار على السطح المتحرك

Two apparatuses for examining liquid jet impingement on a high-speed moving surface are described: an air cannon device (for examining surface speeds ...

Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions

وضع الإعداد التجريبية لقياس معامل الرد تحت ظروف الفراغ

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their ...

Three-dimensional Particle Tracking Velocimetry for Turbulence Applications: Case of a Jet Flow

ثلاثي الأبعاد السرعة بواسطة الجسيمات تتبع للتطبيقات الاضطراب: حالة من تدفق جت

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic ...

Evanescent Field Based Photoacoustics: Optical Property Evaluation at Surfaces

زائل الميدان Photoacoustics استنادا: تقييم العقارات للبصريات على السطوح

Here, we present a protocol to estimate material and surface optical properties using the photoacoustic effect combined with total internal reflection. ...

High-speed Continuous-wave Stimulated Brillouin Scattering Spectrometer for Material Analysis

عالية السرعة كونتينووسوافي برلين حفز نثر مطياف لتحليل المواد

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as ...