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

חומר זה מבוסס על העבודה נתמכת על ידי הקרן הלאומית למדע בארה&quot;ב תחת גרנט לא CBET-1032930 ועבודות שבוצע באוניברסיטת כמותי לייזר האבחון במעבדה של מישיגן.

<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>

יש מחברים אין לחשוף.

כמו בכל טכניקת מדידה אופטית זרימה, תכנון ההתקנה של velocimetry תמונת חלקיקים במהירות גבוהה (PIV) דורש הערכה של אילוצים ופשרות הערכה הטובות ביותר למשימה המדידה בהישג יד. הבחירה של הגדלת תמונה, מסגרת דולר, נכסי חוץ לייזר, וניתוח אלגוריתמים תלויה בפרטים של הזרימה תחת מחקר. אם יהיה בכך צורך, חייבים להתנהל מדידות גישוש לזהות הגדרות פרמטרים למדידות איכות גבוהות. מאמר זה מתאר את ההליך באופן כללי וחלק מתוצאות המדגם לPIV במהירות גבוהה כדי ללמוד את שכבת הגבול של זרימה לאורך צלחת שטוחה. רצף של 500 תמונות נרשם ב5 קילוהרץ. מיקרוסקופ למרחקים ארוכים היה בשימוש כדי להשיג מ&quot;מ תחום של נוף 2.4 x 1.8 2 הממוקם על פני השטח הצלחת. תאורה באיכות גבוהה של טיפות שמן הזרעים הושגה עם קרן מליזר מצב מוצק דיודה-נשאב פעם שהורחב לאור sheet באמצעות homogenizer קורה. קרן homogenizer מכיל מערך עדשת מיקרו מורכב מעדשות גליליות קטנות וטלסקופים נוספים, משולבים. מיקרו עדשת המערך מרחיב את האלומה המעגלית בכיוון האנכי על ידי פיצול אלומת האור הנכנס לbeamlets. ואז הטלסקופ הבא כופה את beamlets ליצור גיליון אור עם חלוקת עוצמת אור אפילו במטוס גיליון האור הרגיל להתפשטות הקורה. תמונות עובדו באמצעות אלגוריתם חוצה קשר PIV. יצוין כי קרן הומוגני היא מועילה, במיוחד כאשר עובדים ליד משטחים, אבל זה לא קריטי ליישום המתואר כאן. השיטה שתוארה בהליך זה מאפשרת לחקירות שאינן פולשניות ברזולוציה גבוהה, במהירות גבוהה על תזרים באמצעות אלגוריתמי מתאם חזקים. היתרונות העיקריים של שיטה זו ברזולוציה גבוהה, במהירות גבוהה הם רזולוציה מדידת מרחב ובזמן ואת היכולת לזהות ולעקוב אחרהאבולוציה של מבנים בתוך הזרימה. שימוש בשיטות אלה, Alharbi 6 וJainski et al. 8 הדגימו את היכולת לדמיין ולעקוב אחר מבני מערבולת בתוך שכבת הגבול של מנוע בעירה פנימי. תכונות עיקריות אלה מאפשרות חקירות על המבנה והדינמיקה של זרמים חולפים מאוד. יתר על כן, ניתן להרחיב מעבר PIV, שדות מהירות דו רכיבים דו ממדים (2D-2C) (כפי שמתואר כאן) כדי לפתור את 3 רכיבים (3C) במטוס (סטריאו-PIV) ובנפח (טומוגרפית PIV , סריקת PIV, הולוגרפית PIV). בנוסף, PIV עשוי להיות מיושם עם טכניקות אחרות כגון לייזר מישוריים-Induced הקרינה (PLIF), מסונן ריילי פיזור (FRS), וphosphors thermographic כדי להשיג מדידות 2D בו זמניות של מהירות וscalars האחרים (טמפרטורה, ריכוז מינים, יחסי שקילות) 11 -14. שיטות אופטיות, המבוססים על לייזר אלה יכולות להיות מיושמות באופן ישיר לחקירה והמוניתתהליכי חילופי אנרגיה ביישומים רבים, כגון קיר קרוב זורמים במנוע בעירה פנימי.

מדידות רב ממדיות של מהירויות והיכולת לעקוב אחר שדה הזרימה בזמן לספק מידע קריטי בתחומים רבים של מדע, הנדסה, ומדעי בריאות. בין הטכניקות הנפוצות ביותר להדמית זרימה הוא velocimetry תמונת החלקיקים (PIV). בתחילה הוקם כטכניקה מישוריים שתמונות מדודות של שניים במטוס רכיבי מהירות, גרסאות PIV פותחו כדי לספק יכולות מדידה של שלושה מרכיבים ונפח. כל המערכות מורכבות מחלקיקי PIV נותבים, אחד או יותר מקורות אור, ואחד או יותר מצלמות. חלקיקים מוצקים או טיפות משמשים בדרך כלל כחלקיקים נותב אבל בועות הגלומות בתזרים עשויות לשמש גם כחלקיקים נותבים. המצלמה (ים) ואז תמונה (ים) או מפוזרת נפלט אור מהחלקיקים נותב אחרי שהם מוקרנים על ידי מקור האור (ים). בין מגוון הרחב של וריאציות 1,2 אחד הנפוצה ביותר לוכד שני רכיבי מהירות במטוס בחולדהדואר של כמה פריימים לשנייה. לאחרונה, מכשור חדש אפשר מדידות שיעור גבוהה מסגרת (&gt; קילוהרץ 1) כי פעל זרימה בסקלות זמן סוערת בטווח קילוהרץ. PIV קובע תחום מהירות על ידי מעקב אחר התנועה הממוצעת של קבוצות חלקיקים מזוג התמונות כי הם מופרדים על ידי עיכוב זמן ידוע. כל תמונה מחולקת לרשת של Windows חקירה במרווחים קבוע. גודל חלון החקירה הנפוץ ביותר הוא 32 פיקסלים 32. אלגוריתם מחשב את הפונקציה חוצה קשר לחקירה את כל החלונות, וכתוצאה מעקירת וקטור אחד לכל חלון חקירה ולכן מייצר רשת רגילה של וקטורים. חלוקת שדה וקטור ההעתקה על ידי עיכוב זמן לאחר מכן קובעת את שדה וקטור המהירות. בעת תכנון מדידות PIV זה חשוב להבין, כי בדרך כלל הבחירה של הגדרות ניסיוניות היא פשרה בין דרישות סותרות. במילים אחרות, ההתנסותתנאים נפשיים צריכים להיות מתוכננים בקפידה כדי ללכוד את ההיבטים של התזרים שהם בעלי חשיבות ללימוד בהישג יד. את הספרים של ראפל et al. 1 ואדריאן וסטרוויל 2 לספק דיונים מעמיקים מצוינים של האילוצים הללו. כאן אנו מדגישים כמה שהם קריטיים ביותר בהקשר הנוכחי. הבחירה של השדה של הנוף (FOV) תקבע את נקודת הפתיחה לבחירת הפרמטר כאן. מספר הפיקסלים בשבב המצלמה ולאחר מכן קובע את הרזולוציה מרחבית ומספר הווקטורים שמתקבלים, בהנחה שמישהו בוחר להשתמש גדלי חלון חקירה של 32 פיקסלים 32, לעתים קרובות עם חפיפה 50% במהלך ההליך חוצה קשר. צפיפות זריעה של 8-10 חלקיקים לכל חלון חקירה בדרך כלל רצויה לסייע לתפקוד חוצה קשר. עם זאת, יש אלגוריתמים מיוחדים, כגון velocimetry מעקב אחר חלקיקים (PTV) וזמן ממוצע על מתאם גישות, שעשוילהשתמש בו כדי לטפל במצבים עם צפיפות זריעה נמוכה (1-3 חלקיקים / חלון חקירה) כפי שקורה עם הדמיה ליד משטחים. שים לב שהמהירות הדרגתיים בתוך כל חלון חקירה צריך להיות קטן, כדי למנוע הטיה בווקטור המתקבל הנציג לחלון זה. כלל של אגודל הוקם הוא שחלקיקי ההתקות בין הפריים הראשון והשני לא יעלו על 8 פיקסלים (¼ של גודל חלון החקירות) כדי לצמצם את המספר של זיווג הפסדים (הפסד של תמונות חלקיקים בתוך החלון מהחקירה הראשונה מסגרת למסגרת השנייה) למתאם. כתוצאה מכך, יש לו את הזמן בין שתי פעימות לייזר רצופות (DT) להיות בהתאם. עם זאת, הפחתת DT מתחת למקבילה של התקות 8-pixel תקטין את הטווח הדינמי המהירות בגלל מגבלת הרזולוציה הקצה התחתונה היא בסדר גודל של עקירת פיקסל 0.1. בדומה לעקירת W-8 פיקסלithin מטוס ההדמיה, חלקיקי המהירות הגבוהים ביותר לא צריכים לעבור יותר מ ¼ מעובי גיליון האור, שוב כדי לצמצם את מספר הפסדי זיווג. מאז השהות בין שתי פעימות לייזר משמשת כדי להבטיח את המתאמים הטובים ביותר בתוך מטוס גיליון האור, העובי של הגיליון הוא משתנה בהקשר זה. תוך האחידות של עוצמת האור היא לא קריטית כמו שזה הוא למדידות המבוססות על עוצמת כגון מישוריים לייזר מושרה הקרינה 3 הדמיה, פרופיל קרן העליון כובע ליד מסייע איכות PIV, במיוחד עבור הדמיה ברזולוציה גבוהה יותר. באופן כללי, כמה הנחות על אופי הזרימה במחקר יכולות לשמש כנקודת התחלה בבחירת פרמטרים ניסיוניים. לאחר מכן, יש צורך בניסויי הגישוש כדי לחדד את ההגדרות. כאן אנו מתארים כיצד להגדיר את ניסוי PIV המאפשר מדידות הדמיה קצב פריימים גבוהות של שניים compone מהירותNTS עם רזולוציה מרחבית שהוא נאות לפתרון מבני שכבת גבול. המטרה זו מושגת באמצעות שימוש בשיעור גבוהה חזרות TEM 00-דיודה שאוב לייזר מצב מוצק, מיקרוסקופ למרחקים ארוכים, ומצלמת CMOS קצב פריימים גבוהה. כמה פרטים על הדמיה ליד המשטחים כלולים גם.

<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

תזרים רב ממדי וחולף לשחק תפקיד מפתח בתחומים רבים של מדע, הנדסה, ומדעי בריאות אך לעתים קרובות אינו מובן היטב. האופי המורכב של זרמים אלה ניתן ללמוד באמצעות velocimetry חלקיק תמונה (PIV), טכניקת הדמיה מבוססת לייזר לתזרימי אופטי נגישים. למרות צורות רבות של PIV שקיימות להרחיב את השיטה מעבר למישורים מקורי יכולות מדידת מהירות של שני רכיבים, מערכת PIV הבסיסית מורכבת ממקור אור (לייזר), מצלמה, חלקיקים נותבים, וניתוח אלגוריתמים. ההדמיה והקלטת הפרמטרים, מקור האור, ואת האלגוריתמים מותאמים כדי לייעל את ההקלטה לזרימה של עניין ולקבל נתונים מהירות חוקיות. מהירויות שני מרכיבי מדד חקירות PIV נפוץ במטוס בכמה מסגרות לשנייה. שיעור גבוה מסגרת (&gt; קילוהרץ 1) מדידות עם זאת, ההתפתחויות האחרונות במכשור שהקלו מסוגלות לפתור transiאף אוזן גרון זורם עם רזולוציה גבוהה זמנית. לכן, יש לי מדידות שיעור גבוהה מסגרת חקירות מופעלים באבולוציה של המבנה והדינמיקה של זרמים חולפים מאוד. חקירות אלה לשחק תפקיד קריטי בהבנת הפיזיקה הבסיסית של תזרים מורכב. תיאור מפורט לביצוע ברזולוציה גבוהה, מישורי במהירות גבוהה PIV ללמוד זרימה חולפת סמוך לפני השטח של צלחת שטוחה מוצג כאן. פרטים עבור התאמת אילוצי הפרמטרים כגון תמונה ומאפייני הקלטה, את מאפייני גיליון לייזר, ועיבוד אלגוריתמים להסתגל PIV לכל זרימה של עניין כלולים.

תמונה של ההגדרה מוצגת באיור 1. תמונות חלקיקי גלם של חלון 32 x 32 פיקסל חקירה בסמוך לקיר משתי תמונות שצולמו ברצף מוצגות באיור 2. החלקיקים באיור 2a הם עקורים 2-3 פיקסלים לצד ימין באיור 2b ולספק את &quot;כלל רבע&quot;, שבו נקבע כי התקות חלקיקים במטוס ומחוץ למטוס לא יעלו על רבע מגודל חלון החקירה . בנוסף לכך, חלקיקי הצפיפות לחלון חקירה צריכה להיות בערך 8-10 חלקיקים מאז אלגוריתמי מתאם PIV לעקוב אחר קבוצות של חלקיקים. עם זאת, צפיפות הזריעה בסמוך לקיר PIV חקירות היא לעתים קרובות על סדר החלקיקים 1-3. לכן, יש להשתמש באלגוריתמים ייעודיים לטיפול במחקרים עם צפיפות זריעה נמוכה יותר, כגון חלקיקי מעקב velocimetry (PTV) אלגוריתמים, העוקבים אחר חלקיקים בודדים 1,2,4-6. גישת קורלציה זמן ממוצעים7,8 עשוי לשמש גם כדי לטפל בבעיות צפיפות זריעה נמוכות, אבל זה בדרך כלל גורם לאובדן של החלטה זמנית. בנוסף, הדמיה ליד קירות מושפעות השתקפויות לייזר בהירות שעשויים להשפיע לרעה על מתאמי PIV ולייצר וקטורי שווא. השתקפויות בהירות אלה גם להגביל את עמדתו של וקטור מהירות חוקי הראשון בכיוון הנורמלי הקיר. העיבוד מראש את תמונות חלקיקי הגלם הכרחי כדי לצמצם את ההשפעה של רעשי רקע ממקורות כגון השתקפויות לייזר. בהפגנה זו הווקטור חוקי הראשון היה ממוקם 23 מיקרומטר מהקיר. אחרי תמונות חלקיקי גלם מעובדות תוך שימוש באלגוריתמי מתאם PIV, יש לבחון את האיכות ותוקפם של שדות וקטור מהירות כתוצאה מכך. וקטורים מזויפים הם בלתי נמנעים בתחומי וקטור הגלם, אבל יש כמה מאפיינים ייחודיים. וקטורים שגויים נפוצים ליד משטחים, בשולי גיליון האור, ובקצות Oזרימת הפא. כמו כן, הגודל והכיוון של וקטורים לא חוקיים שונה באופן משמעותי מוקטורים שכנים ולא להפוך את התחושה פיזית. במקרה של דוגמא זרימת שכבת הגבול הזה, את וקטורי מהירות החוקיות צריכים להצביע משמאל לימין כפי שמציינות את התקות חלקיקים מאיור 2. בנוסף, מהירויות צריכה להקטין ליד הקיר בשל החלקה לא מצב 9. שדות המהירות הרגעיים שמוצגים באיור 3 יתאימו גם של קריטריונים הפיסיים אלה. מדד שימושי נוסף כדי להעריך את תוקפו של תוצאות PIV הוא לקבוע את בחירת הווקטור של כל וקטור בתחום וקטור המהירות. באופן כללי, שדה הווקטורים צריך להיות מורכב =&gt; וקטורי בחירה הראשונים של 95%, כלומר אלה שלא נדרשו לאחר עיבוד, כך שאלגוריתמים לעיבוד פוסט חזקים עשויים לשמש כדי לזהות ולהחליף את וקטורים מזויפים מבלי לייצר חפצים ניכרים 2. שדות הווקטור מיידיים שמוצג ב <sטרונג&gt; איור 3 מורכבים כולו מוקטורי 1st בחירה. המשמעות של מדידות במהירות גבוהה, או קולנועיות, PIV מתברר מבדיקה של רצף זמן של תמונות זרימה. שדות וקטור מהירות רגעית (v i) ותנודות מהירות (V &quot;) בתחילת, האמצע וסוף של רצף ההקלטה מוצגים באיור 3. באמצעות פירוק ריינולדס, V אני הוא הסכום של שדה מהירות הממוצע ( <img alt="משוואה" fo:src="/files/ftp_upload/50559/50559eq2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50559/50559eq2.jpg" /> ) ו-V &#39;10. לצורך ניסוי זה, <img alt="משוואה" fo:src="/files/ftp_upload/50559/50559eq2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50559/50559eq2.jpg" /> נקבע על ידי חישוב ממוצע באופן זמני את כל התמונות ברצף. שדות הווקטור מיידיים באמצעותאת רצף ההקלטה דומים מאוד ומראה את הזרימה עוברת משמאל לימין. תוצאות אלו מצביעות על כך שגם הזרימה היא בעיקר בכיוון האופקי מאז רכיב המהירות האופקי (U) הוא הרבה יותר גדול מאשר רכיב המהירות האנכי (V). שדות וקטור התנודות גם מצביעים על כך שניודי המהירות האופקיים (U &#39;) גדולים יותר מתנודות המהירות האנכיות (V&#39;). עם זאת, התנודות גם מצביעות על כך שהזרימה היא ההאטה מאז U &#39;היפוך הכיוון שלה לאורך כל רצף ההקלטה. U בזמן הממוצעים והמיידי - הפרופילים בכמה פעמים שונות לאורך רצף ההקלטה מוצג באיור 4 ולוודא שהזרימה היא להאט במשך זמן. U - הפרופיליםמחדש נקבע על ידי ממוצעים של ארבעה עמודים וקטורית סמוכים יחד כדי לשפר את המובהקות סטטיסטיות של התוצאות קרובות לקיר. ההליך היה בשימוש בעבודה קודמת 6,8. הברים השגיאה מצביעים פעמיים סטיית התקן של ארבעה עמודים וקטורית הסמוכים. בר השגיאה הגדול ביותר מתרחש בקרבת פני השטח של הצלחת ומחזק את הקושי של שימוש באלגוריתמי מתאם PIV לאזורי צפיפות זריעה נמוכה. אלגוריתמים לניתוח כמה הם נועדו לתת מענה צפיפות זריעה נמוכה כגון PTV 5,6 וגישות מתאם הזמן ממוצעות על 7,8. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/50559/50559fig1.jpg" /> איור 1. Benchtop הרכבה. <img alt="איור 2" fo:content-width="5.5in" fo:src="/files/ftp_upload/50559/50559fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50559/50559fig2.jpg" /> איור 2. תמונות חלקיקים בחקירת 32 x 32 פיקסל ליד הקיר ב) t = 0.2 אלפיות שני וב) t = 0.4 אלפיות שני. את הממדים הפיסיים של חלון החקירה הם 96 x 96 מיקרומטר 2. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/50559/50559fig3.jpg" /> איור 3 משמאל:. מיידי (v i), ומצד ימין: (V &#39;) שדות מהירות תנודות בתחילת, האמצע וסוף של רצף ההקלטה. שדות וקטור מורכבים כולו מוקטורים הראשון בעדיפות. משנה קטן יותר של תחומי הווקטור מוצג לבהירות. שדות V אני מצביעים על זרימת תנועה משמאל לימין ואילו הכיוון ההפוך &quot;V. יש לציין כי רק בכל עמודה רביעית וקטור בכיוון האופקי מוצגת לבהירות. בנוסף, בקנה מידה המהירות בין השדות ואני V &quot;V הוא שונה כפי שצוין בפינה השמאלית העליונה של כל תמונה. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/50559/50559fig4.jpg" /> איור 4. אופקי מהירות (U) פרופילים בזמנים שונים במהלך הזרימה. u בזמן ממוצעים - פרופיל מוצג במעגלים. ברים שגיאה המוצגים על t = 0.1 אלפיות פרופיל הם נציג של ברים שגיאה עבור כל פעמים אחרות. ההיסטוריה הזמן של U - פרופילים מציגה ירידה בזרימה לאורך זמן.

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

High-speed Particle Image Velocimetry Near Surfaces

הליך ללימוד תזרים חולף ליד הגבולות באמצעות velocimetry ברזולוציה גבוהה, במהירות גבוהה חלקיק תמונה (PIV) מתואר כאן. PIV הוא טכניקת מדידה לא פולשנית ישימה לכל זרימה אופטית נגישה על ידי אופטימיזציה של כמה אילוצי פרמטרים כגון מאפייני התמונה והקלטה, את מאפייני גיליון לייזר, וניתוח אלגוריתמים.

Velocimetry תמונת חלקיקים במהירות גבוהה ליד משטחים

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

הד Velocimetry תמונת חלקיקים

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

חיטוט ומיפוי משטחי אלקטרודה דלק תאי תחמוצת מוצקות

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

ייצור של ננו מהונדס תחמוצות שקופות לנהל בתצהיר ליזר פעם

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

ברזולוציה גבוהה, במהירות גבוהה, הדמיה וידאו תלת ממדית עם טכניקות הקרנה הדיגיטלי פרינג&#39;

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

חד שכבתי לתקשר סימום של משטחי סיליקון וNanowires שימוש בתרכובות זרחן אורגניות

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

ויזואליזציה של High Speed ​​Liquid Jet Impaction על משטח העברה

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

פיתוח של התקנה ניסיונית עבור המדידה של מקדם התקומה בתנאי אבק

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

תלת ממד חלקיקי מעקב velocimetry עבור יישומי Turbulence: מקרה של Jet Flow

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

חלוף שדה בהתבסס Photoacoustics: הערכת נכס אופטית על משטחים

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

ספקטרומטר פיזור מהיר ברילואן מגורה מכ לניתוח גשמי

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