Name: simultaneous measurement of turbulence and particle kinematics using flow imaging techniques
Uploaded: 2019-03-12T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Simultaneous Measurement of Turbulence and Particle Kinematics Using Flow Imaging Techniques at JoVE.com

أجزاء من هذا العمل حظيت بالأساس الثاني إلى السادس ومنحة تعزيز المهنية كارولينا الساحلية. كما نود أن نعترف وكورين جاكوبس، ماريك جيندراساك ووليام التاجر للمساعدة في الإعداد التجريبية.

ملاحظة: ينبغي تدريب جميع الموظفين على الاستخدام المأمون وعملية الليزر "الصف الرابع" فضلا عن الاستخدام المأمون وتشغيل أدوات يدوية والسلطة.
1-الإعداد التجريبية
<ol><li>الإعداد PIV
	<ol><li>قم بإعداد المزدوج-رئيس الليزر والبصريات.<ol>
<li>وضع الليزر على صفيحة ضوئية. مستوى الليز?...

<ol>
	<li>Maxey, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+gravitational+settling+of+aerosol+particles+in+homogeneous+turbulence+and+random+flow+fields.">The gravitational settling of aerosol particles in homogeneous turbulence and random flow fields.</a> Journal of Fluid Mechanics. 174, 441-465 (1987).</li><li>Good, G. H., Ireland, P. J., Bewley, G. P., Bodenschatz, E., Collins, L. R., Warhaft, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Settling+regimes+of+inertial+particles+in+isotropic+turbulence.">Settling regimes of inertial particles in isotropic turbulence.</a> Journal of Fluid Mechanics. 759, R3 (2014).</li><li>Ha, H. K., Maa, J. P. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+suspended+sediment+concentration+and+turbulence+on+settling+velocity+of+cohesive+sediment.">Effects of suspended sediment concentration and turbulence on settling velocity of cohesive sediment.</a> Geosciences Journal. 14 (2), 163-171 (2010).</li><li>Raffel, M., Willert, C. E., Wereley, S. T., Kompenhans, 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: A practical guide. , (2007).</li><li>Lu, 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+particle+image+velocimetry+near+surfaces.">High-speed particle image velocimetry near surfaces.</a> Journal of Visualized Experiments. 76, e50559 (2013).</li><li>Yang, T. S., Shy, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+settling+velocity+of+heavy+particles+in+an+aqueous+near-isotropic+turbulence.">The settling velocity of heavy particles in an aqueous near-isotropic turbulence.</a> Physics of Fluids. 15 (4), 868-880 (2003).</li><li>Jacobs, C. N., Merchant, W., Jendrassak, M., Limpasuvan, V., Gurka, R., Hackett, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow+scales+of+influence+on+the+settling+velocities+of+particles+with+varying+characteristics.">Flow scales of influence on the settling velocities of particles with varying characteristics.</a> PLoS One. 11 (8), 0159645 (2016).</li><li>Murray, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Settling+velocities+and+vertical+diffusion+of+particles+in+turbulent+water.">Settling velocities and vertical diffusion of particles in turbulent water.</a> Journal of Geophysical Research. 75 (9), 1647-1654 (1970).</li><li>Nielsen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Turbulence+effects+on+the+settling+of+suspended+particles.">Turbulence effects on the settling of suspended particles.</a> Journal of Sedimentary Research. 63 (5), 835-838 (1993).</li><li>Kawanisi, K., Shiozaki, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Turbulent+effects+on+the+settling+velocity+of+suspended+sediment.">Turbulent effects on the settling velocity of suspended sediment.</a> Journal of Hydraulic Engineering. 134 (2), 261-266 (2008).</li><li>Maxey, M. R., Corrsin, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gravitational+settling+of+aerosol+particles+in+randomly+oriented+cellular+flow+fields.">Gravitational settling of aerosol particles in randomly oriented cellular flow fields.</a> Journal of the Atmospheric Sciences. 43, 1112-1134 (1986).</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> Measurement Science and Technology. 8 (12), 1406-1416 (1997).</li><li>Hadad, T., Gurka, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+particle+size,+concentration+and+surface+coating+on+turbulent+flow+properties+obtained+using+PIV/PTV.">Effects of particle size, concentration and surface coating on turbulent flow properties obtained using PIV/PTV.</a> Experimental Thermal and Fluid Science. 45, 203-212 (2013).</li><li>Adrian, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle-imaging+techniques+for+experimental+fluid+mechanics.">Particle-imaging techniques for experimental fluid mechanics.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 23 (1), 261-304 (1991).</li><li>Shy, S. S., Tang, C. Y., Fann, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+nearly+isotropic+turbulence+generated+by+a+pair+of+vibrating+grids.">A nearly isotropic turbulence generated by a pair of vibrating grids.</a> Experimental Thermal and Fluid Science. 14 (3), 251-262 (1997).</li><li>Dietrich, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Settling+velocity+of+natural+particles.">Settling velocity of natural particles.</a> Water Resources Research. 18 (6), 1615-1626 (1982).</li><li>Huang, H., Dabiri, 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=On+errors+of+digital+particle+image+velocimetry.">On errors of digital particle image velocimetry.</a> Measurement Science and Technology. 8 (12), 1427 (1997).</li></ol>

الأسلوب الموصوفة في هذه الوثيقة غير مكلفة نسبيا ويوفر طريقة بسيطة لقياس مسارات الجسيمات والاضطراب في نفس الوقت بغية دراسة تأثير تدفق على الكينماتيكا الجسيمات. جدير بالذكر أن نذكر أن التدفقات أو الاقتراحات الجسيمات التي ثلاثية الأبعاد بشدة ليست مناسبة تماما لهذا الأسلوب. سيؤدي إلى أخطاء<...

يوجد عدد كبير من التطبيقات في المجالات العلمية والهندسية التي تنطوي على سلوك الجزيئات في تدفقات المضطرب، على سبيل المثال، والهباء الجوي في الغلاف الجوي، والملوثات، و/أو الترسبات في هندسة النظم، والبحرية الكائنات الحية الدقيقة أو الرواسب في المحيط2،،من13. في مثل هذه التطبيقات، أنها كثيرا من الاهتمام لفهم الكيفية التي تستجيب بها الجسيمات للاضطراب، الأمر الذي يتطلب قياس متزامنة الكينماتيكا الجسيمات وديناميات السوائل.
التكنولوجيات القائمة لقياس الجسيمات في الطلبات، تسمى الجسيمات تتبع (PT)، الذي يتتبع مسارات الجسيمات الفردية، وتقنية إحصائية من الجسيمات الصورة فيلوسيميتري4،5 (PIV)، المستخدمة لقياس التدفق السرعات، كلاهما إدماج التقنيات البصرية غير تدخلية. ويتمثل التحدي الرئيسي في استخدام هذه التقنيات البصرية غير تدخلية لقياس الكينماتيكا التدفق والجسيمات في نفس الوقت منفصلة الإضاءة المطلوبة لكل تقنية التصوير التي لا تتداخل مع (الطرف الآخر دقة القياس مثلاً، مصدر الإضاءة لقياس الكينماتيكا الجسيمات لا يمكن أن تعمل كمصدر ضجيج كبير في قياس سرعة السوائل والعكس بالعكس). تباين الصورة في كلتا المجموعتين من الصور يجب أن يكون كافياً للحصول على نتائج يمكن الاعتماد عليها. على سبيل المثال، الصور PT يتم تحويلها إلى صور بالأبيض والأسود بغية إجراء تحليل blob لتحديد مواقع الجسيمات؛ وهكذا التباين غير كاف يؤدي إلى أخطاء في موقف الجسيمات. الفقراء من التباين في الصور PIV المبالغ نسبة إشارة إلى الضجيج منخفض سوف يسبب عدم الدقة في تقدير سرعات السوائل.
ويرد هنا، وسيلة منخفضة التكلفة وبسيطة نسبيا قياس سرعات الكينماتيكا وتدفق الجسيمات معا في وقت واحد. من خلال استخدام الضوء أحادي اللون عالية الطاقة التي تنبعث منها خط صمام ثنائي (LED) الخفيفة، حيث يشير السطر إلى الفتحة الخفيفة، والليزر عالية الكثافة المزدوجة-رئيس، يتم تصويرها كلا الجسيمات من الفائدة ومجال التدفق في نفس المنطقة في وقت واحد. قوة LED عالية كافية لتصوير الجسيمات (تتبع) بكاميرا عالية السرعة ولكن لا تؤثر الصور PIV نظراً لشدة الضوء المتناثرة من تتبع PIV منخفض جداً. عندما ينير الليزر عالية الكثافة المزدوجة-رئيس مجال التدفق للصور PIV، فإنه يحدث على مدى فترة زمنية قصيرة وهذه الصور بسهولة تحديد وإزالة من السلسلة الزمنية التي حصلت عليها الكاميرا PT عالية السرعة عند تسجيلها. PIV ليزر النبضات التي سجلت في وقت صورة عالية السرعة (المستخدمة للجسيمات تتبع) سلسلة يمكن التقليل من عدم تشغيل النظامين في إطار اقتناء معدلات تتناسب مع بعضها البعض. في الأجهزة الأكثر تقدما، واحد يمكن أن يتسبب خارجياً الكاميرات PT و PIV مع تأخير يكفل هذا لا يحدث. أخيرا، بدراسة دقيقة لكمية الجزيئات التي يتم تعقبها داخل مجال الرؤية PIV (FOV)، أي أخطاء عرضته هذه الجزيئات يتم تعقبها في تحليل ترابط الصور PIV فعلا تؤخذ في الاعتبار قبل تقدير الخطأ عموما، بما في ذلك الأخطاء المرتبطة بتوزيع حجم غير موحد لتتبع PIV ضمن إطار الاستجواب. بعد الغالبية العظمى من PIV البذر تتبع التدفق، تسفر عن تقديرات سرعة تدفق دقيقة. تمكن هذه التقنيات القياس المباشر المتزامن لكلا الجسيمات الكينماتيكا وتدفق الحقل في طائرة ثنائية الأبعاد.
ويتجلى هذا الأسلوب بتطبيقها لتحديد الجسيمات تسوية الخصائص في تدفق المضطرب، مماثلة لتلك المستخدمة في الدراسات يانغ و خجولة6 جاكوبس et al. 7-تسوية الجسيمات هي المرحلة النهائية في انتقال الرواسب، الذي يتكون عادة من تعليق الرواسب، والنقل، وتسوية. في معظم الدراسات السابقة التي تناولت الجسيمات تسوية في تدفقات المضطرب، أما مسارات الجسيمات أو السرعات المضطربة لا تقاس مباشرة ولكن يستدل من الناحية النظرية أو على غرار8،،من910. تفاصيل حول التفاعلات بين الجسيمات والاضطراب قد تم التحقيق في أغلب الأحيان استخدام النماذج النظرية والعددية بسبب قيود التجريبية في قياس كليهما في وقت واحد6،11. نقدم دراسة حالة تفاعل جسيمات-اضطراب في منشأة شبكة المتذبذبة، حيث نقوم بدراسة سرعة تسوية من الجسيمات وعن اقتران مع الاضطرابات. للوضوح، الآخرة وسوف نشير إلى الجسيمات قيد التحقيق "الجسيمات" والجسيمات البذر المستخدمة لهذه التقنية PIV ك "تتبع"؛ بالإضافة إلى ذلك، سوف نشير إلى الكاميرا المستخدمة للتصوير فائق السرعة لمسارات الجسيمات ك "الجسيمات تتبع" أو "حزب العمال"، أو الكاميرا "فائق السرعة"، والذي يقيس "صور عالية السرعة" والكاميرا المستخدمة لأسلوب PIV "الكاميرا PIV"، التي تدابير "الصور". الأسلوب الموصوفة هنا تمكين المتزامن قياس الجسيمات الكينماتيكا وديناميات السوائل عبر حقل معرف مسبقاً من الاهتمام داخل المرفق. البيانات التي تم الحصول عليها يقدم وصفاً ثنائي الأبعاد لتفاعل الجسيمات الاضطراب.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Optical lenses</td>
			<td>CVI LASER OPTICS</td>
			<td>Y2-1025-45, RCC-25.0-15.0-12.7-C, PLCC-25.4-515.1-UV</td>
			<td>Other optics companies are acceptable. Spherical and cyclindrical lenses for generating PIV light sheet.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Camera lens for PIV</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>Nikkor 105mm f/2D</td>
			<td>Other camera lens companies are acceptable. Camera lens for PIV imaging.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Camera lens for high-speed</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>Nikkor 50mm f/1.8D</td>
			<td>Other camera lens companies are acceptable. Camera lens for high-speed imaging.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dual-head pulsed laser</td>
			<td>Quantel</td>
			<td>EverGreen: 532nm, 70mJ@15Hz</td>
			<td>Other laser companies are acceptable. Dual-head Pulsed-laser for PIV: Nd:YAG</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED line light</td>
			<td>Gardasoft Vision, Ltd.</td>
			<td>VLX2 LED Line Lighting - Green - GAR-VLX2-250-LWD-G-T04</td>
			<td>Other companies are acceptable. Line light for LED.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PIV seeding particles/tracers</td>
			<td>Potters Industries</td>
			<td>SPHERICAL Hollow Glass Spheres: 11 mm average diameter</td>
			<td>Other companies are acceptable. PIV seeding particles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CCD cross-correlation camera</td>
			<td>TSI, Inc.</td>
			<td>POWERVIEW 11M: CCD, Double-exposure, 4008x2672 pixels @ 4.2 Hz with 12bit dynmic range</td>
			<td>Other companies are acceptable. Double-exposurem, CCD camera for PIV imaging.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-speed camera</td>
			<td>Photron</td>
			<td>FASTCAM SA3; Model 60K: 1024x1024 pixels @ 1kHz</td>
			<td>Other companies are acceptable. CMOS camera for high speed imaging.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Synchronizer</td>
			<td>TSI, Inc.</td>
			<td>LASERPULSE SYNCHRONIZER 610036</td>
			<td>Other companies are acceptable. Synchronize the acquisition of the PIV camera and laser.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calibration target</td>
			<td>TSI, Inc.</td>
			<td></td>
			<td>Other companies are acceptable. Precision target for image calibration.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

simultaneous measurement of turbulence and particle kinematics using flow imaging techniques

إشراك العديد من المشاكل في المجالات العلمية والهندسية فهم علم الحركة الجسيمات في تدفقات المضطرب، مثل الملوثات المجهرية البحرية و/أو الترسبات في المحيط، أو المميعة المفاعلات وعمليات الاحتراق في هندسة النظم. ومن أجل دراسة أثر الاضطراب في علم الحركة للجزيئات في هذه التدفقات، قياسات متزامنة من الكينماتيكا التدفق والجسيمات مطلوبة. توجد تقنيات قياس التدفق عدم التدخل، الضوئية لقياس الاضطراب، أو لتتبع الجسيمات، ولكن قياس كليهما في نفس الوقت يمكن أن تكون صعبة بسبب التداخل بين التقنيات. الطريقة المعروضة هنا يوفر طريقة منخفضة التكلفة وبسيطة نسبيا لإجراء قياسات متزامنة من الكينماتيكا التدفق والجسيمات. مقطع عرضي للتدفق تقاس باستخدام تقنية فيلوسيميتري (PIV) صورة جسيمات، التي توفر عنصرين للسرعة في الطائرة القياس. ويستخدم هذا الأسلوب ليزر النبضي لإضاءة مجال تدفق المصنف التي يتم تصويرها بكاميرا رقمية. يتم تصويرها الكينماتيكا الجسيمات في نفس الوقت باستخدام ضوء التي ينبعث منها الضوء خط صمام ثنائي (LED) الذي ينير مقطع عرضي مستو التدفق التي يتراكب مع PIV الميدانية من-الرأي (FOV). خط الضوء هو الطاقة منخفضة بما يكفي أن لا تؤثر على القياسات PIV، لكن تصويرها قوية بما يكفي لإلقاء الضوء على الجسيمات أكبر من الاهتمام باستخدام كاميرا عالية السرعة. تتم تصفية الصور عالية السرعة التي تحتوي على نبضات الليزر من تقنية PIV بسهولة عن طريق فحص مستوى كثافة summed لكل صورة عالية السرعة. بجعل معدل الإطار لكاميرا عالية السرعة تتناسب مع معدل الإطار الكاميرا PIV، يمكن تقليل عدد الإطارات الملوثة في السلسلة الزمنية عالية السرعة. التقنية مناسبة لمتوسط التدفقات التي أساسا ثنائية الأبعاد، وتحتوي على الجسيمات التي على الأقل 5 مرات قطر يعني PIV البذر تتبع، وانخفاض في تركيز.

ويرد في الشكل 1تخطيطي للإعداد التجريبية. ويوضح الشكل ترتيب الأوراق الخفيفة (LED والليزر)، والتداخل في FOVs، وموقف FOVs بالنسبة للشبكة المتذبذبة وجدران خزان. وتقاس في وقت واحد كما هو موضح في المقطع بروتوكول بالاضطراب والجسيمات. ويبين الشكل 2 مثا?...

Watch this Scientific Journal Video about Simultaneous Measurement of Turbulence and Particle Kinematics Using Flow Imaging Techniques at JoVE.com

Simultaneous Measurement of Turbulence and Particle Kinematics Using Flow Imaging Techniques

الأسلوب الموصوفة هنا يوفر طريقة منخفضة التكلفة وبسيطة نسبيا في الوقت نفسه قياس الجسيمات علم الحركة والاضطراب في التدفقات مع تركيزات منخفضة من الجسيمات. الاضطراب الذي يقاس باستخدام الجسيمات الصورة فيلوسيميتري (PIV)، وتحسب الكينماتيكا الجسيمات من الصور التي تم الحصول عليها مع كاميرا عالية السرعة في تداخل حقل-من-وجهة نظر.

قياس واحد من الاضطراب والجسيمات الكينماتيكا التدفق تقنيات التصوير باستخدام

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

العديد من المجالات في كل من الهندسة والعلوم الطبيعية تنطوي على مشاكل مرتبطة التفاعل الجسيمات السائل. وتوفر هذه الطريقة قياسا ضوئيا متزامنا منخفض التكلفة نسبيا وغير تدخلي لمسارات الجسيمات وسرعات التدفق. هنا نقيس سرعات تسوية جسيمات الرواسب في تدفق مضطرب، مما يتيح توصيفاً مفصلاً لمسارات الجسيمات بينما نقيس في الوقت نفسه السرعات المضطربة في نفس الموقع.لبدء إعداد قياس حجم الصورة للجسيمات، قم بإصلاح ليزر نبض عالي الكثافة مزدوج الرأس أفقيًا على لوحة بصرية، بما يتماشى مع مرفق التدفق. ضع عدسة أسطوانية في خط مع الليزر لإنتاج طائرة 2D من الضوء الذي سيكون تحت الشبكة المتذبذبة. ثم قم بتركيب عدسة كروية بعد العدسة الأسطوانية على مسافة من شأنها أن تولد ورقة ضوئية سمكها من 5 إلى 1 ملليمتر.بعد ذلك، ضع كاميرا CCD التعامدية على ورقة الضوء لتسجيل الصور لـ PIV. قم بتوصيل العدسة بالكاميرا، واضبطها على وضع حر ومستمر. التركيز بفظق كاميرا PIV على مرفق تدفق المضطربة.اضبط الفتحة وموضع الكاميرا حتى تصبح الصورة أصغر من حدود ورقة الضوء المرغوبة أو بالقرب منها. ثم قم بإيقاف تشغيل الكاميرا وتشغيل الليزر عند انخفاض الكثافة. تأكد من أن ورقة الضوء متعامدة مع الأرضية، ثم ضع هدف معايرة مع وضع شبكة بدقة في وسط ورقة الضوء.من الضروري التأكد من أن كاميرا PIV عمودية على ورقة الضوء وأن ورقة الضوء عمودية على الأرضية أو أسفل المرفق. ويؤدي عدم المحاذاة إلى إسقاطات غير صحيحة للسرعة، وبالتالي خطأ في سرعة السوائل. أوقف تشغيل الليزر وارجع الكاميرا.ركّز الكاميرا على هدف المعايرة و التقط صورة واحدة. افتح الصورة في برنامج معالجة الصور، وتأكد من أن تباعد الصفوف والارتفاع والعمود متناسق عبر الهدف. يجب أن تختلف أحجام علامة الزاوية بمقدار بكسل واحد فقط، ومن الناحية المثالية، يجب أن تكون متطابقة.إذا كانت الصورة تفي بهذه المعايير، قم بإزالة هدف المعايرة. تثبيت الشبكة وتشغيل المرفق. ثم أعرض عن ملعقة كبيرة مليئة جزيئات التتبع PIV إلى السائل.انتظر حتى يتم خلط التتبعات والسوائل بشكل جيد قبل الاستمرار. ثم بدوره على الليزر وتعيينه إلى التحكم الخارجي والطاقة العالية. اطفئ المصابيح والتقاط زوج صور لتقييم كثافة التتبع.زيادة تدريجيا تركيز التتبع من قبل ملعقة صغيرة- fulls إلى الكثافة البصرية المطلوبة. ثم قم بتعيين معدل إطار الكاميرا PIV إلى أعلى قيمة ممكنة وتعيين الوقت بين صور PIV المتتالية. تأكد من أن الليزر قد تم تكوينه بشكل مناسب.ثم اطفئ الأنوار وجمع البيانات في الوضع الحر لبضع ثوان. الصليب ربط أزواج الصور والتأكد من أن البيانات المكتسبة من نوعية جيدة. إيقاف التذبذب الشبكة عند الانتهاء.للبدء في إعداد تتبع الجسيمات 2D، ضع ضوء خط LED أحادي اللون تحت مرفق شبكة التذبذب بحيث يتم توسيط ورقة الضوء داخل خط LED. قم بتشغيل ضوء خط LED والليزر على طاقة منخفضة. تأكد من أن ورقة الضوء وإضاءة الخط محاذية بشكل جيد، ثم قم بإيقاف تشغيلهما.بعد ذلك إرفاق عدسة إلى كاميرا CMOS عالية السرعة لاستخدامها لتتبع الجسيمات. قم بتشغيل الكاميرا في وضع حر مستمر أو مباشر، وركزها بالتفصيل على المنطقة ذات الاهتمام. ضبط الجسيمات تتبع الكاميرا ارتفاع الفتحة والمسافة حتى المنطقة ذات الاهتمام هو مع مجال انها من الرؤية والكاميرا هو مستوى وتعامد على ضوء الخط.أوقف الكاميرا. قم بتشغيل ضوء الخط ووضع هدف المعايرة في وسط ضوء الخط. ثم قم بإيقاف تشغيل ضوء الخط، وقم بتشغيل الكاميرا، ثم ركّزها على الهدف.التقط صورة لهدف المعايرة وتأكد من أن كاميرا تتبع الجسيمات هي مستوى، عمودي على الهدف وفي التركيز مع عدم وجود تشويه الصورة في الحواف. إزالة هدف المعايرة بعد ذلك. ثم تعيين عدد من الصور عالية السرعة ليتم جمعها.استناداً إلى سرعة الجسيمات المتوقعة، تعيين معدل الإطار والقرار إلى القيم التي ينبغي تحقيق إزاحة الجسيمات من ثلاثة إلى 10 بكسل بين الصور. قم بتثبيت الشبكة، قم بتشغيل ضوء خط LED، وأغمي الغرفة. بدء التذبذب الشبكة وإدخال جزء صغير من الجسيمات من الفائدة في التدفق.عندما تظهر الجسيمات على الكاميرا عالية السرعة، التقط بعض الإطارات. ومن المهم أن تكون مسارات الجسيمات مرئية بوضوح في الصور، مما يشير إلى أن الجسيمات تبقى في الطائرة ولا تتداخل في كثير من الأحيان. وعدم استيفاء هذه المعايير سيؤدي إلى عدم القدرة على تتبع الجسيمات بدقة.تأكد من عدم وجود تأثيرات مدخل مرئية ، والتداخل الجسيمات غير متكرر ، والحركة الجسيمات في المقام الأول في الطائرة. وقف التذبذب عند الانتهاء. لبدء المعايرة النهائية، مع أضواء خافتة وضع هدف المعايرة داخل الورع و ورق ضوء الليزر.إيقاف الليزر و LED وتشغيل أضواء الغرفة. تأكد من أن هدف المعايرة في التركيز داخل الكاميرا FOVs، ولها علامة فريدة مرئية لكلا الكاميرا. التقط صورة لهدف المعايرة على كلتا الكاميرتين.لاحظ المواضع ذات الصلة من علامة فريدة من نوعها، وتأكد من أن الكاميرات لا تزال مستوى وتظهر أي تشويه حول حواف. ثم قم بإزالة هدف المعايرة، وقم بتثبيت الشبكة، وابدأ التذبذب. السماح لها تشغيل لمدة 20 دقيقة على الأقل للسماح للتدفق للوصول إلى حالة ثابتة.ثم تغميق الغرفة، قم بتشغيل ضوء خط LED، وإدخال الجسيمات في التدفق. في وقت واحد بدء نبضات الليزر واقتناء الصور لكلا النظامين عندما تظهر الجسيمات في كاميرا تتبع الجسيمات FOV. عند الانتهاء من الحصول على البيانات، حفظ الصور ووقف التذبذب الشبكة.تحليل توزيع سرعة التدفق ومسارات الجسيمات. ويمكن معالجة صور PIV إلى سرعة السوائل الفورية وتوزيعات الدوامة. هنا يتم تراكب توزيع متجه سرعة السائل على خريطة لون الدوامة.مع هذا الإعداد، ينبغي أن يزيد حجم الوسط المكاني للجذور متوسط سرعة السائل التربيعية على حقل الرؤية PIV مع تردد التذبذب لكل من مكونات السرعة الأفقية والرأسية. يمكن تحديد مسارات الجسيمات والسرعات من صور تتبع الجسيمات عالية السرعة. وينبغي أن يكون توزيع السرعات الجسيمية تقريبا غاوسي.هنا أكبر شكل غير منتظم الجسيمات أظهرت عموما توزيعات سرعة الجسيمات مع انحرافات معيارية أكبر من تلك من أصغر, كروية الجسيمات. على الرغم من أن كلتا المجموعتين من الجسيمات أظهرت توزيعات ذات سرعات رأسية متوسطة أكبر وانحرافات معيارية أكبر مع زيادة معدل التذبذب الشبكي. الركود تدفق تسوية السرعات من الجسيمات الاصطناعية، والرمال الصناعية، والرمال التي تم جمعها محليا تحديد من مسارات الجسيمات الخاصة بهم اتفق جميعها تقريبا مع منحنيات ديتريش.10- وقد استُكشف في التحليل اللاحق ميل الجزيئات التي تُسوي السرعات إلى الزيادة مع تردد التذبذب الشبكي. إن القياس البصري المتزامن لكل من حركية الجسيمات وديناميات السوائل، وخاصة الاضطراب، يشكل تحدياً بسبب احتمال التداخل بين تقنيتي التصوير، مما يؤدي إلى عدم دقة القياس. التدفقات التي هي بقوة ثلاثي الأبعاد ليست مناسبة تماما لهذه التقنية، لأن الخروج من حركات الطائرة سوف تنتج أخطاء في كل من تتبع 2D وتحليل القياس velocimetry الجسيمات.يجب أن يكون تركيز الجسيمات المتعقبة منخفضًا نسبيًا لزيادة الثقة في أن نفس الجسيمات يتم تتبعها في صور متتالية. أيضا، يجب أن تكون أجهزة تتبع PIV والجسيمات التي يتم تعقبها مختلفة بما فيه الكفاية في الحجم لتمييزها. يعتمد تكامل معلومات سرعة التدفق مع مسار الجسيمات على ما يجري التحقيق فيه.على سبيل المثال، يمكن لهذه الطريقة أيضاً فحص سرعات التدفق في حالات محددة في الوقت على طول مسار الجسيم. وقد تم إثبات هذه التقنية مع نقل الرواسب، وهو تطبيق لعلوم الحركة ولكنه وثيق الصلة في العديد من التطبيقات حيث يتفاعل تدفق السوائل مع الجسيمات الطبيعية أو الاصطناعية.

Education

Research

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Mechanical Engineering

Engineering

Unit 1

An Introduction to Statics

Kinematics of a Particle

Newton's Laws of Motion

SCIENTISTS IN ACTION

Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices

تقنيات القياس الحرارية في تحليلي الأجهزة ميكروفلويديك

Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. ...

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 ...

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

قياس التشتت الغير خطية من الجسيمات النانوية Plasmonic واحدة

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus ...

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

أساليب لقياس التوجيه ودوران معدل الجسيمات في الاضطرابات 3D-طباعة

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

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 ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

فخ تحميل البصري للعازل المجهرية الدقيقة في الهواء

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Generation of Size-controlled Poly ethylene Glycol Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

جيل من التحكم في حجم بولي (جليكول) "قطرات دياكريلاتي" عبر شبه-3-الأبعاد "تدفق تركز موائع جزيئية الأجهزة"

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

تطوير الأسلوب للحصول علي تماس الرنانة تجويف الرنين عازله الدراسات الطيفية للورق السليوليك

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of ...

Measuring Sub-23 Nanometer Real Driving Particle Number Emissions Using the Portable DownToTen Sampling System

قياس دون 23 نانومتر الحقيقي القيادة عدد انبعاثات الجسيمات باستخدام نظام أخذ العينات downToTen المحمولة

The current particle size threshold of the European Particle Number (PN) emission standards is 23 nm. This threshold could change because future ...

Solution Blow Spinning of Polymeric Nano-Composite Fibers for Personal Protective Equipment

حل ضربة الغزل من الألياف البوليمرية نانو مركب لمعدات الحماية الشخصية

Light-weight, protective armor systems typically consist of high modulus (&#62;109 MPa) and high-strength polymeric fibers held in place with an elastic ...