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

Detta arbete stöddes av Institutionen för Mekanisk Science and Engineering, University of Illinois i Urbana-Champaign, som en del av startpaketet Leonardo P. Chamorro.

1. Lab Säkerhet <ol><li> Läs riktlinjerna för den valda belysningskällan säkerhet (t.ex. laser, industriell LED, halogen). Notera: i detta experiment, är en uppsättning av fem 250 watt halogenspotlights som belysning. Grundläggande säkerhets- och rekommendation aspekterna för denna ljuskälla beskrivs på följande sätt. <ol><li> Undvik direkt kontakt med halogenlampor, som arbetar vid höga temperaturer (~ 3000 K färgtemperatur). </li><li> Håll ljuset bara när insamling av data för att ...

<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 stora möjligheter att riva upp komplexa fysik av en mängd olika turbulenta flöden såsom storskaliga turbulenta rörelser i den lägre atmosfären 25, inomhusluft fördelnings 26, eller pulserande flöden i aorta topologi 28 bland många andra. Det är dock viktigt att förstå dess fördelar och begränsningar samt erfarenhet för att maximera sin potential. Trial and error preliminära tester och uttömmande iterationer för optimala inställningar, inklusive bildha...

Turbulenta jet flöden finns överallt i tekniska tillämpningar. Detaljerad beskrivning av sådana flöden är av avgörande betydelse i ett brett spektrum av praktiska problem som spänner från storskaliga system miljöurladdnings elektroniska mikroskala enheter. På grund av dess inverkan på ett antal breda applikationer, har jet flöden studerats ingående 1-4. Flera experimentella tekniker inkluderande hotwire anemometri 4-8, Laser Doppler Velocimetry (LDV) 4, 9-12, och Particle Image Velocimetry (PIV) 12-16, har använts för att karaktärisera jet flöden i ett brett spektrum av Reynolds-tal och begränsnings villkor. Nyligen har ett fåtal studier gjorts med hjälp av 3D-PTV att studera den turbulenta / icke-turbulent gränssnitt av jet strömmar 17, 18. 3D-PTV är en teknik speciellt lämplig för att beskriva komplexa turbulenta fields från ett annat perspektiv. Det gör det möjligt att återuppbyggnaden av partikelbanor inom en volym i en Lagrangian referensram med hjälp av multi-view stereoskopi. Tekniken introducerades först av Chang 19 och vidareutvecklas av Racca och Dewey 20. Sedan dess har många förbättringar gjorts på 3D-PTV algoritm och experimentuppställning 21-24. Med dessa resultat och tidigare verk, har systemet med framgång använts för att studera olika fluid fenomen som storskalig flytande rörelser i en domän 4 mx 2 mx 2 m 25, inomhus luftflöde fält 26, strömmar pulserande 27 och aorta blodflödet 28 . Principen bearbetning av en 3D-PTV mätning består av datainsamlingssystem set-up, inspelning / förbehandling, kalibrering, 3D-motsvarigheterna, tidsspårning och efterbearbetning. En noggrann kalibrering möjliggör en exakt detektering av partikel läges. Överensstämmelsen av partiklarna som upptäcktes i mer än tre bildvyer möjliggör återuppbyggnad av en 3D-partikel ställning baserat på epipolar geometri. Ett länksystem från konsekutiva bildramar resulterar i en temporal spårning som definierar partikel banor s (t). Optimering av 3D-PTV-systemet är viktigt för att maximera sannolikheten för flerpartikel spårbarhet. Första steget i optimeringen är att skaffa en lämplig datainsamlingssystem, inklusive höghastighetskameror, belysningskälla och funktioner i sådd partiklar. Kameran upplösning tillsammans med storleken av frågevolymen definierar pixelstorleken, och därför den erforderliga sådd partikelstorlek, som bör vara större än en enda pixel. De centroids av detekterade partiklar beräknas med delpixel noggrannhet genom att den genomsnittliga positionen för partikel pixlar viktade av ljusstyrka 21. Kamerans bildhastighet är nära associated med Reynolds tal och förmågan att länka detekterade partiklar. En högre bildhastighet möjliggör att lösa snabbare flöden eller ett större antal partiklar eftersom spårnings blir svårare när betyda förskjutningen mellan bilder överstiger medelvärdet separation av partiklarna. Slutartid, bländare och känslighet finns tre faktorer att beakta vid bildtagning. Slutartid bör vara tillräckligt snabb för att minimera oskärpa runt en partikel, vilket minskar osäkerheten i partikel centroid positionen. Kamera öppning bör anpassas till skärpedjup av frågevolymen att minska sannolikheten för att detektera partiklar utanför volymen. Eftersom den maximala känsligheten hos en kamera är fast, eftersom bildfrekvensen ökar den nödvändiga ljus krävs för att lysa partiklarna bör öka i motsvarande grad. Till skillnad från PIV är komplexa optiska inställningar och hög effekt lasrar inte absolut nödvändigt i 3D-PTV, så länge som ljuskällan är tillräckligt scattrerade från spårämnespartiklar till kameran. Kontinuerliga LED eller halogenlampor är bra kostnadseffektiva alternativ som kringgår behovet av synkronisering 21. I 3D-PTV, liksom andra tekniker optisk flödesmätnings, är spårämnespartikelhastighet antas vara den lokala momentana fluidhastigheten 29. Detta är dock endast fallet för ideal spårämnen av noll diameter och tröghet; spårpartiklar bör vara tillräckligt stor för att fångas upp av en kamera. Trohet en ändlig partikel kan bestämmas genom den Stokes nummer S t, dvs förhållandet av relaxationstiden skala av partiklar och tidsskalan för turbulenta strukturer av intresse. I allmänhet bör S t vara betydligt mindre än 1. För S t ≤0.1 tracking flödes fel är under 1% 30. Djupgående kan hittas diskussion i Mei et al 29 -. 31 </sup&gt;. Rekommenderad partikelstorlek för en 3D-PTV experiment varierar beroende på ljuskällan och ljuskänslighet. Med halogen eller LED-lampor som belysningskällor, är relativt sett större partiklar används (t.ex. 50 till 200 | j, m) 32, medan mindre partiklar (t ex 1-50 ^ m) 33, 34 kan användas med en högeffekts laser (t.ex. 80-100 Watt CW-laser). Partiklar med hög reflektivitet för en given våglängd, som silver belagd i halogenljus kan förstärka sitt varumärke i en bild. Sådd densitet är en annan viktig parameter för en framgångsrik 3D-PTV mätning. Några partiklar resulterar i lågt antal banor, medan ett alltför stort antal partiklar orsakar tvetydigheter i upprättandet överensstämmelser och spårning. Oklarheter i upprättandet motsvarigheter inkluderar överlappande partiklar och upptäcka flera kandidater längs den definierade epipolar linjen. I spårningsprocessen, tvetydigheten på grund av en hög seedin<html> g Tätheten uppstått på grund av den relativt korta genomsnittliga separation av partiklar. Andra steget är optimala inställningar i inspelning / förbearbetning för att förbättra bildkvaliteten. Fotografiska inställningar, t.ex. förstärkningen och svartnivå (G &amp; B), spelar en viktig roll när det gäller att optimera bildkvaliteten. Svart nivå definierar ljusstyrka på den mörkaste delen av en bild, medan förstärkningen förstärker ljusstyrkan i en bild. Små variationer i G &amp; B-nivå kan avsevärt påverka sannolikheten för spårbarhet. I själva verket kan höga G &amp; B över ljusare bilden och så småningom skada kamerans sensor. För att illustrera detta, är effekterna av G &amp; B-nivå på återuppbyggnaden flödet undersöks också i den här artikeln. I pre-bearbetningssteget, visas bilderna filtreras med ett högpassfilter för att betona ljusspridningen från partiklar. Pixelstorleken och gråskala justeras för att maximera partikeldetektering inom frågevolymen. t &quot;&gt; Tredje steget med optimeringen är noggrann kalibrering av den stereoskopiska avbildning, som är baserad på epipolar geometri, kameraparametrar (brännvidd, principen punkt, och distortions koefficienter), och brytningsindexförändringar. är viktigt att minimera den 3D Denna process rekonstruktion fel av de referens målpunkter. Epipolar geometri använder relativa avstånd (mellan kamera och förhör volym) och lutande vinkel från målbilden. brytningsindex förändringar längs kamerabilden genom frågevolymen kan beaktas baserat på förfarandet av Mass et al. 21. I detta experiment är en 3D trappliknande struktur med regelbundet fördelade målpunkter användas som ett mål. I en 3D-PTV experiment, även om bara två bilder behövs för att bestämma en 3D-partikel ställning, vanligtvis fler kameror används för att minska tvetydigheter 21. Ett alternativ till dyra inställningar med flera höghastighetskameror är VIew splitter, som föreslagits av Hoyer et al. 35 för användning av 3D-PTV och nyligen tillämpas av Gulean et al. 28 för biomedicinska tillämpningar. Vyn splitter består av en pyramidformad spegel (härefter primärspegel) och fyra justerbara speglar (Hereon sekundär spegel). I detta arbete var ett fyra-view splitter och en enda kamera som används för att efterlikna den stereoskopiska avbildning från fyra kameror. Systemet används för att karakterisera den mellanliggande flödesfält av ett rör stråle med en diameter, d h = 1 cm och Re ≈ 7000 från en Lagrange och Eulerian ramar på omkring 14,5-18,5 diametrar nedströms från strålen ursprung.

<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 är en kvantitativ flödesmätning teknik som syftar till att spåra Lagrangian stigar en uppsättning av partiklar i tre dimensioner med hjälp av stereoskopisk inspelning av bildsekvenser. Den grundläggande komponenter, funktioner, begränsningar och optimeringstips för en 3D-PTV topologi bestående av en höghastighetskamera med en fyra-view splitter beskrivs och diskuteras i denna artikel. Tekniken appliceras på den mellanliggande flödesfältet (5 &lt;x / d &lt;25) av en cirkulär stråle vid Re ≈ 7000. Lagrangian flödesfunktioner och turbulens kvantiteter i en Euler ram beräknas omkring tio nedanför jet ursprung och på olika radiella avstånd från jet kärna. Lagrangian egenskaper innefattar bana, hastighet och acceleration av valda partiklar såväl som krökningen av flödesbanan, vilka erhålles från Frenet-Serret ekvation. Uppskattningen av 3D hastighet och turbulens fälten runt strålen kärnaxeln på ett tvärplan som ligger på tionedanför strålen jämförs med litteratur och effektspektrum av de storskaliga strömningshastighet rörelser erhålls vid olika radiella avstånd från jet kärna.

Ett fotografi och ett schema av konfigurationen visas i Figurerna 1 och 2. Kalibreringsmålet, de referenspunkter som återspeglas på visnings splitter och 3D kalibrerings rekonstruktion visas i figur 3. RMS av de erkända kalibrerings mål är 7,3 um, 5,7 um och 141,7 um i strömnings x, spann y, och djupet z riktningar. Den relativa högre RMS i z -koordinaten beror på de minskade mål punkt...

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 tredimensionell spårning partikel Velocimetry (3D-PTV) som bygger på en höghastighetskamera med en fyra-view splitter beskrivs här. Tekniken appliceras på ett jetflöde från ett cirkulärt rör i närheten av tio diametrar nedströms vid Reynolds tal Re ≈ 7000.

Tredimensionell Partikel Tracking Velocimetry för turbulens Applications: Fallet med 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 Velocimetry Particle Image

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

Högupplöst, hög hastighet, tredimensionell video Imaging med Digital Fringe Projection Tekniker

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 att göra tredimensionella mikrostrukturer med förångning av en Sacrificial 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 Image Velocimetry Nära Ytor

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 av High Speed ​​Liquid Jet Impac på en rörlig yta

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

Utveckling av en experimentuppställning för mätning av Coefficient of Restitution under vakuumbetingelser

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 för att mäta Orientering och rotationshastighet av 3D-tryckt Partiklar 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

Använda Synchrotron Radiation Microtomography att undersöka Multi skala Tredimensionella Microelectronic paket

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

Tredimensionellt ultraljud nål spets spårning med en fiberoptisk ultraljud mottagare

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 mätning av turbulens och partikel kinematik använder Flow Imaging tekniker

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