Name: three-dimensional particle tracking velocimetry for turbulence applications: case of a jet flow
Uploaded: 2016-02-27T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Three-dimensional Particle Tracking Velocimetry for Turbulence Applications: Case of a Jet Flow at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af Institut for Mekanik Science and Engineering, University of Illinois i Urbana-Champaign, som en del af opstarten pakke af Leonardo P. Chamorro.

1. Lab Sikkerhed <ol><li> Gennemgå retningslinjer for sikkerhed for den valgte belysning kilde (f.eks laser, industri LED, halogen). Bemærk: i dette eksperiment, er et sæt af fem 250 Watt halogenspots bruges som belysning. Grundlæggende sikkerhed og anbefaling aspekter for denne lyskilde er beskrevet som følger. <ol><li> Undgå direkte kontakt med halogenlys, der opererer ved høje temperaturer (~ 3000 K farvetemperatur). </li><li> Hold lyset ON kun, når de erhverver data for at undgå opvarmning...

<ol>
	<li>Wygnanski, I., Fiedler, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Some measurements in the self preserving jet. , (1968).</li><li>Rajaratnam, N. <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 jets. , (1976).</li><li>Panchapakesan, N., Lumley, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Turbulence+measurements+in+axisymmetric+jets+of+air+and+helium.+Part+1.+Air+jet.">Turbulence measurements in axisymmetric jets of air and helium. Part 1. Air jet.</a> J Fluid Mech. 246, 197-223 (1993).</li><li>Hussein, H. J., Capp, S. P., George, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Velocity+measurements+in+a+high-Reynolds-number,+momentum-conserving,+axisymmetric,+turbulent+jet.">Velocity measurements in a high-Reynolds-number, momentum-conserving, axisymmetric, turbulent jet.</a> J Fluid Mech. 258, 31-75 (1994).</li><li>Yule, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-scale+structure+in+the+mixing+layer+of+a+round+jet.">Large-scale structure in the mixing layer of a round jet.</a> J Fluid Mech. 89, 413-432 (1978).</li><li>Yule, A., Chigier, N., Ralph, S., Boulderstone, R., Venturag, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combustion-transition+interaction+in+a+jet+flame.">Combustion-transition interaction in a jet flame.</a> AIAA Journal. 19, 752-760 (1981).</li><li>Quinn, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Upstream+nozzle+shaping+effects+on+near+field+flow+in+round+turbulent+free+jets.">Upstream nozzle shaping effects on near field flow in round turbulent free jets.</a> Eur J Mech B-Fluid. 25, 279-301 (2006).</li><li>Mi, J., Nathan, G. J., Luxton, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Centreline+mixing+characteristics+of+jets+from+nine+differently+shaped+nozzles.">Centreline mixing characteristics of jets from nine differently shaped nozzles.</a> Exp Fluids. 28, 93-94 (2000).</li><li>Liepmann, D., Gharib, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+streamwise+vorticity+in+the+near-field+entrainment+of+round+jets.">The role of streamwise vorticity in the near-field entrainment of round jets.</a> J Fluid Mech. 245, 643-668 (1992).</li><li>Oh, S. K., Shin, H. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+visualization+study+on+the+effect+of+forcing+amplitude+on+tone-excited+isothermal+jets+and+jet+diffusion+flames.">A visualization study on the effect of forcing amplitude on tone-excited isothermal jets and jet diffusion flames.</a> Int J Energ Res. 22, 343-354 (1998).</li><li>Cenedese, A., Doglia, G., Romano, G., De Michele, G., Tanzini, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=LDA+and+PIV+velocity+measurements+in+free+jets.">LDA and PIV velocity measurements in free jets.</a> Exp Therm Fluid Sci. 9, 125-134 (1994).</li><li>Wang, H., Peng, X., Lin, W., Pan, C., Wang, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bubble-top+jet+flow+on+microwires.">Bubble-top jet flow on microwires.</a> Int J Heat Mass Tran. 47, 2891-2900 (2004).</li><li>Shestakov, M. V., Tokarev, M. P., Markovich, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+Flow+Dynamics+in+a+Turbulent+Slot+Jet:+Time-resolved+Tomographic+PIV+Measurements.">3D Flow Dynamics in a Turbulent Slot Jet: Time-resolved Tomographic PIV Measurements.</a> 17th Int Symp on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics. , (2014).</li><li>Scarano, F., Bryon, K., Violato, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-resolved+analysis+of+circular+and+chevron+jets+transition+by+tomo-PIV.">Time-resolved analysis of circular and chevron jets transition by tomo-PIV.</a> 15th Int Symp on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics. , (2010).</li><li>Holzner, M., Liberzon, A., Nikitin, N., Kinzelbach, W., Tsinober, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small-scale+aspects+of+flows+in+proximity+of+the+turbulent/nonturbulent+interface.">Small-scale aspects of flows in proximity of the turbulent/nonturbulent interface.</a> Phys Fluids. 19, 071702 (2007).</li><li>Holzner, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Lagrangian+investigation+of+the+small-scale+features+of+turbulent+entrainment+through+particle+tracking+and+direct+numerical+simulation.">A Lagrangian investigation of the small-scale features of turbulent entrainment through particle tracking and direct numerical simulation.</a> J Fluid Mech. 598, 465-475 (2008).</li><li>Chang, T. P., Wilcox, N. A., Tatterson, G. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+image+processing+to+the+analysis+of+three-dimensional+flow+fields.">Application of image processing to the analysis of three-dimensional flow fields.</a> Opt Eng. 23, 283-287 (1984).</li><li>Racca, R., Dewey, 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+method+for+automatic+particle+tracking+in+a+three-dimensional+flow+field.">A method for automatic particle tracking in a three-dimensional flow field.</a> Exp Fluids. 6, 25-32 (1988).</li><li>Maas, H. G., Gruen, D., Papantoniou, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle+tracking+velocimetry+in+three-dimensional+flows.">Particle tracking velocimetry in three-dimensional flows.</a> Exp Fluids. 15, 133-146 (1993).</li><li>Kasagi, N., Matsunaga, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+particle+tracking+velocimetry+measurement+of+turbulence+statistics+and+energy+budget+in+a+backward-facing+step+flow.">Three-dimensional particle tracking velocimetry measurement of turbulence statistics and energy budget in a backward-facing step flow.</a> Int J Heat Fluid Fl. 16, 477-485 (1995).</li><li>Virant, M., Dracos, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+PTV+and+its+application+on+Lagrangian+motion.">3D PTV and its application on Lagrangian motion.</a> Meas Sci Technol. 8, 1539 (1997).</li><li>Willneff, 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> A spatio-temporal matching algorithm for 3 D particle tracking velocimetry. , (2003).</li><li>Rosi, G. A., Sherry, M., Kinzel, M., Rival, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterizing+the+lower+log+region+of+the+atmospheric+surface+layer+via+large-scale+particle+tracking+velocimetry.">Characterizing the lower log region of the atmospheric surface layer via large-scale particle tracking velocimetry.</a> Exp Fluid. 55, 1-10 (2014).</li><li>Fu, S., Biwole, P. H., Mathis, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle+Tracking+Velocimetry+for+indoor+airflow+field:+A+review.">Particle Tracking Velocimetry for indoor airflow field: A review.</a> Build Environ. 87, 34-44 (2015).</li><li>Kolaas, J., Jensen, A., Mielnik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+and+measurements+of+flows+in+micro+silicon+Y-channels.">Visualization and measurements of flows in micro silicon Y-channels.</a> Eur Phys J E. 36, 1-11 (2013).</li><li>G&#252;lan, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+study+of+aortic+flow+in+the+ascending+aortavia+Particle+Tracking+Velocimetry.">Experimental study of aortic flow in the ascending aortavia Particle Tracking Velocimetry.</a> Exp Fluids. 53, 1469-1485 (2012).</li><li>Mei, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Velocity+fidelity+of+flow+tracer+particles.">Velocity fidelity of flow tracer particles.</a> Exp Fluids. 22, 1-13 (1996).</li><li>Tropea, C., Yarin, A. L., Foss, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Springer handbook of experimental fluid mechanics. 1, (2007).</li><li>Melling, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tracer+particles+and+seeding+for+particle+image+velocimetry.">Tracer particles and seeding for particle image velocimetry.</a> Meas Sci Technol. 8, 1406 (1997).</li><li>Hering, F., Leue, C., Wierzimok, D., J&#228;hne, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle+tracking+velocimetry+beneath+water+waves.+Part+I:+visualization+and+tracking+algorithms.">Particle tracking velocimetry beneath water waves. Part I: visualization and tracking algorithms.</a> Exp Fluids. 23, 472-482 (1997).</li><li>Biferale, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lagrangian+structure+functions+in+turbulence:+A+quantitative+comparison+between+experiment+and+direct+numerical+simulation.">Lagrangian structure functions in turbulence: A quantitative comparison between experiment and direct numerical simulation.</a> Phys Fluids. 20, 065103 (2008).</li><li>L&#252;thi, B., Tsinober, A., Kinzelbach, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lagrangian+measurement+of+vorticity+dynamics+in+turbulent+flow.">Lagrangian measurement of vorticity dynamics in turbulent flow.</a> J Fluid mech. 528, 87-118 (2005).</li><li>Hoyer, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3d+scanning+particle+tracking+velocimetry.">3d scanning particle tracking velocimetry.</a> Exp Fluids. 39, 923-934 (2005).</li><li>Kim, J. -. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Three-dimensional particle tracking velocimetry for turbulence applications. , (2015).</li><li>L&#252;thi, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Some+aspects+of+strain,+vorticity+and+material+element+dynamics+as+measured+with+3D+particle+tracking+velocimetry+in+a+turbulent+flow.">Some aspects of strain, vorticity and material element dynamics as measured with 3D particle tracking velocimetry in a turbulent flow.</a> ETH Z&#252;rich. , (2002).</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. , (2000).</li></ol>

<html> 3D-PTV har et stort potentiale til at optrævle de komplekse fysik af en række turbulente strømninger såsom store turbulente bevægelser i den nedre atmosfære 25, indendørs luftfordeling 26, eller pulserende strømme i aorta topologi 28 blandt mange andre. Men en forståelse af sine fordele og begrænsninger samt erfaring er vigtigt at maksimere sit potentiale. Trial and error indledende test, og udtømmende iterationer for optimale indstillinger, herunder frame rate, belysnin...

Turbulente jet strømme er allestedsnærværende i ingeniørmæssige anvendelser. Detaljeret karakterisering af sådanne strømme er afgørende i et bredt spektrum af praktiske problemer spænder fra store miljømæssige afløbssystemer til elektroniske mikro-skala-enheder. På grund af dens indvirkning på en række brede applikationer, har jet strømme blevet undersøgt i dybden 1 - 4. Adskillige eksperimentelle teknikker, herunder hotwire anemometri 4 - 8 Laser Doppler Velocimetry (LDV) 4, 9 - 12, og Particle Billede Velocimetri (PIV) 12 - er 16, blevet anvendt til at karakterisere jet strømmer i en bred vifte af Reynolds tal og grænsen betingelser. For nylig har et par undersøgelser blevet foretaget ved hjælp af 3D-PTV for at studere den turbulente / ikke-turbulent interface jet strømme 17, 18. 3D-PTV er en teknik specielt egnet til at beskrive komplekse turbulent fifelter fra et andet perspektiv. Det giver mulighed for genopbygningen af ​​partikel baner inden et volumen i en Lagrange referenceramme ved hjælp af multi-view stereoscopy. Teknikken blev først introduceret af Chang 19 og videreudvikles af Racca og Dewey 20. Siden da er der foretaget mange forbedringer på 3D-PTV algoritme og forsøgsopstilling 21 - 24. Med disse resultater og tidligere værker, har systemet med succes blevet brugt til at studere forskellige flydende fænomener som storstilet flydende bevægelse i et domæne af 4 mx 2 mx 2 m 25, indendørs luftstrøm felt 26, pulserende strømme 27 og aorta blodgennemstrømning 28 . Arbejdsgruppen Princippet om en 3D-PTV måling består af dataopsamlingssystem opsætning, optagelse / forbehandling, kalibrering, 3D korrespondancer, tidsmæssig sporing og efterbehandling. En nøjagtig kalibrering giver mulighed for en præcis registrering af partikel positions. Korrespondancen af ​​de påviste i mere end tre billedfiler udsigt partikler giver mulighed for genopbygningen af ​​en 3D-partikel holdning baseret på epipolar geometri. En sammenkædning fra hinanden følgende billedrammer resultere i en tidsmæssig sporing som definerer partikelbaner s (t). Optimering af 3D-PTV-systemet er vigtigt at maksimere sandsynligheden for multi-partikel sporbarhed. Første trin i optimering er at erhverve en passende dataopsamlingssystem herunder high-speed kameraer, belysning kilde og funktioner i seeding partikler. Kameraopløsningen sammen med størrelsen af ​​søgevolumenet definerer pixelstørrelse og dermed den krævede seeding partikelstørrelse, som bør være større end en enkelt pixel. De centroider af opdagede partikler er estimeret med sub-pixel præcision ved at tage den gennemsnitlige placering af partikel pixels vægtet med lysstyrke 21. Kameraets frame rate er tæt associated med Reynolds-tal og evnen til at linke detekterede partikler. En højere billedhastighed muliggør løsning hurtigere strømme eller et større antal partikler, da sporingen bliver vanskeligere, når den gennemsnitlige forskydning mellem billeder overstiger middelværdien adskillelse af partiklerne. Lukkertid, blænde og følsomhed er tre faktorer at overveje i capture billedet. Lukkerhastighed burde være hurtig nok til at minimere sløring omkring en partikel, hvilket reducerer usikkerheden partikel tyngdepunkt position. Blænderåbningen bør justeres til dybden af ​​området for søgevolumenet at reducere sandsynligheden for at detektere partikler uden for lydstyrken. Da den maksimale følsomhed et kamera er fast, da de ramme stiger, den nødvendige lys kræves for at belyse partiklerne skulle stige tilsvarende. I modsætning til PIV, er komplekse optiske indstillinger og høj effekt lasere ikke strengt nødvendigt i 3D-PTV, så længe lyskilden er tilstrækkelig scatstreres fra sporstof partikler til kameraet. Kontinuerlig LED eller halogen lys er gode omkostningseffektive muligheder, der omgår behovet for synkronisering 21. I 3D-PTV, ligesom andre optiske flow måleteknikker, antages sporstof partikel hastighed at være den lokale øjeblikkelige væskehastighed 29. Men dette er kun tilfældet for ideelle sporstoffer af null diameter og inerti; sporstof partikler skal være stort nok til at blive taget til fange af et kamera. Den troskab af en endelig partikel kan bestemmes ved Stokes nummer S t, dvs forholdet mellem hviletiden omfanget af partikler og den tid omfanget af turbulente strukturer af interesse. Generelt bør S t være væsentligt mindre end 1. For S t ≤0.1 flow tracking error er under 1% 30. Dybdegående kan findes diskussion Mei et al 29 -. 31 </sup&gt;. Anbefalet partikelstørrelse for en 3D-PTV eksperiment varierer afhængigt af lyskilden og kameraet følsomhed. Med halogen eller LED-lys som belysning kilder, er relativt større partikler anvendt (fx 50-200 um) 32, mens mindre partikler (f.eks 1-50 um) 33, 34 kan anvendes med en høj effekt laser (f.eks 80-100 watt CW-laser). Partikler med høj refleksionsevne for en given bølgelængde lys, som sølv belagt under halogen lys, kan forstærke deres præg i et billede. Podningen massefylde er en anden vigtig parameter for en vellykket 3D-PTV måling. Kun få partikler resulterer i lavt antal baner, mens et for stort antal partikler forårsager uklarheder i oprettelse korrespondancer og sporing. Uklarheder i oprettelse korrespondancer omfatter overlappende partikler og afsløre flere kandidater langs den definerede epipolar linje. I sporingsprocessen, tvetydigheden grund af en høj seedin<html> g densitet er opstået på grund af den relativt korte gennemsnit separation af partikler. Andet trin er optimale indstillinger i optagelse / pre-behandling for at forbedre billedkvaliteten. Fotografiske indstillinger, såsom forstærkning &amp; sortniveau (G &amp; B), spiller en vigtig rolle i at optimere billedkvaliteten. Sort niveau definerer lysstyrken på den mørkeste del af et billede, mens gevinst forstærker et billedes lysstyrke. Små variationer af de G &amp; B niveauer kan få alvorlige konsekvenser sandsynligheden for sporbarhed. Faktisk kan høje G &amp; B over-lysne et billede og til sidst beskadige kameraet sensor. For at illustrere dette, er virkningen af ​​G &amp; B niveauer på genopbygning flowet også undersøgt i denne artikel. I den præ-behandlingstrin, bliver billederne filtreres med et højpasfilter at understrege lysspredning fra partikler. Pixelstørrelsen og grå skala justeres til at maksimere detektionen partikel inden søgevolumenet. t &quot;&gt; Tredje trin af optimeringen er nøjagtig kalibrering af stereoskopisk billeddannelse, som er baseret på epipolar geometri, kameraparametre (brændvidde, princippet punkt, og forvrængning koefficienter), og brydningsindeksændringer. Denne proces er afgørende for at minimere 3D genopbygning fejl af de referencemærker målpunkter. Epipolar geometri bruger relative afstande (mellem kameraet og søgevolumenet) og vippes vinkel fra målbilledet. kan tages hensyn brydningsindeksændringer langs kameraet udsyn gennem søgevolumenet baseret på proceduren ifølge Mass et al. 21. I dette forsøg er en 3D trappe-lignende struktur med regelmæssigt fordelte målpunkter anvendes som et mål. I en 3D-PTV eksperiment, selvom der kun er behov to billeder at bestemme en 3D partikel position, typisk flere kameraer anvendes til at reducere tvetydigheder 21. Et alternativ til dyre opsætninger med flere high-speed kameraer er view splitter, foreslået af Hoyer et al. 35 for anvendelse af 3D-PTV og for nylig anvendt af Gulean et al. 28 for de biomedicinske anvendelser. Udsigten splitter består af en pyramide-formet spejl (herom primær spejl) og fire justerbare spejle (herom sekundær spejl). I dette arbejde blev en fire-view splitter og et enkelt kamera anvendes til at efterligne den stereoskopiske afbildning fra fire kameraer. Systemet anvendes til at karakterisere den mellemliggende strøm inden for et rør jet med en diameter, D H = 1 cm og Re ≈ 7.000 fra en Lagrangian og Eulersk rammer på omkring 14,5-18,5 diametre nedstrøms for strålen oprindelse.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="749">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">ImageOps</td>
			<td style="width:119px;">CAMMC4082</td>
			<td style="width:407px;">High-speed camera</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">ImageOps</td>
			<td style="width:119px;">FBD-4XCXP6</td>
			<td>Frame Grabber</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:223px;">Potters Industries LLC</td>
			<td style="width:119px;">AG-SL150-30-TRD</td>
			<td>Seeding Paritcles</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:223px;">Upstate Technical Equipment CO.,INC</td>
			<td style="width:119px;">MISNOR-STP-6-S-CL</td>
			<td>Camera appliation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Photrack AG</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Customized part and necessary if performing 3D-PTV with one camera</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">General Electrics&#160;</td>
			<td style="width:119px;">23719</td>
			<td>Light source</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">OpenPTV(http://www.openptv.net)</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>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).</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

three-dimensional particle tracking velocimetry for turbulence applications: case of a jet flow

3D-PTV er en kvantitativ flowmåling teknik, der har til formål at spore Lagrange stier af et sæt af partikler i tre dimensioner ved hjælp af stereoskopisk registrering af billedsekvenser. Den grundlæggende komponenter, funktioner, begrænsninger og optimering tips af en 3D-PTV topologi bestående af en high-speed kamera med en fire-view splitter er beskrevet og diskuteret i denne artikel. Teknikken anvendes til den mellemliggende strømningsfelt (5 &lt;x / d &lt;25) af en cirkulær stråle på Re ≈ 7.000. Lagrange flow funktioner og turbulens mængder i en Eulerske ramme anslås omkring ti nedstrøms for det jet oprindelse og på forskellige radiale afstande fra jet kerne. Lagrange egenskaber indbefatter bane, hastighed og acceleration af udvalgte partikler samt krumning af strømningsvejen, der er opnået fra Frenet-Serret ligning. Estimation af 3D hastighed og turbulens markerne omkring jet core-aksen på tværs af planet placeret på tinedstrøms for strålen sammenlignes med litteratur, og magten spektrum af de store streamwise hastighed bevægelser opnås ved forskellige radiale afstande fra jet kerne.

Et fotografi og en skematisk afbildning af opsætningen er vist i figur 1 og 2. Kalibreringsmålet, målepunkterne afspejles på visningen-splitter og 3D kalibrering rekonstruktion er illustreret i figur 3. De RMS af de anerkendte kalibreringsmål er 7,3 um, 5,7 um og 141,7 um i streamwise x, spanwise y og dybde z-retningerne. Den relative højere RMS i z -coordinate skyldes de reducerede mål p...

Watch this Scientific Journal Video about Three-dimensional Particle Tracking Velocimetry for Turbulence Applications: Case of a Jet Flow at JoVE.com

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

En tre-dimensionelle partikel sporing Velocimetri (3D-PTV) system baseret på en high-speed kamera med en fire-view splitter er beskrevet her. Teknikken anvendes på en jet flow fra et cirkulært rør i nærheden af ti diametre nedstrøms ved Reynolds tal Re ≈ 7.000.

Tre-dimensionel Particle Tracking Velocimetri for Turbulens Applications: Sagen om en 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 ...

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Physics

Engineering

Unit 1

Motion in Two or Three Dimensions

SCIENTISTS IN ACTION

Echo Particle Image Velocimetry

Echo Particle Billede Velocimetri

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

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

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

Process of Making Three-dimensional Microstructures using Vaporization of a Sacrificial Component

Processen med at gøre Tredimensionelle mikrostrukturer hjælp fordampning af en opofrende Component

Vascular structures in natural systems are able to provide high mass transport through high surface areas and optimized structure. Few synthetic material ...

High-speed Particle Image Velocimetry Near Surfaces

High-speed Particle Billede Velocimetri nærheden Surfaces

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 ...

Visualization of High Speed Liquid Jet Impaction on a Moving Surface

Visualisering af High Speed ​​Liquid Jet Impaction på en bevægende Surface

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

Udvikling af en forsøgsopstilling til måling af Restitutionskoefficienten under vakuum

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

Methods for Measuring the Orientation and Rotation Rate of 3D-printed Particles in Turbulence

Metoder til måling af Orientering og Rotation Sats for 3D-trykte Partikler i Turbulence

Experimental methods are presented for measuring the rotational and translational motion of anisotropic particles in turbulent fluid flows. 3D printing ...

Using Synchrotron Radiation Microtomography to Investigate Multi-scale Three-dimensional Microelectronic Packages

Brug synkrotronstråling Microtomography at undersøge Multi-skala Tre-dimensionelle Mikroelektroniske pakker

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data ...

Three-Dimensional Ultrasonic Needle Tip Tracking with a Fiber-Optic Ultrasound Receiver

Tre-dimensionelle ultralyd nål Tip sporing med en Fiber-optisk ultralyd modtager

Ultrasound is frequently used for guiding minimally invasive procedures, but visualizing medical devices is often challenging with this imaging modality. ...

Simultaneous Measurement of Turbulence and Particle Kinematics Using Flow Imaging Techniques

Samtidig måling af turbulens og partikel kinematik bruge Flow Imaging teknikker

Numerous problems in scientific and engineering fields involve understanding the kinematics of particles in turbulent flows, such as contaminants, marine ...