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

Dele af dette arbejde blev støttet af II-VI Foundation og Coastal Carolina Professional Enhancement Grant. Vi vil også gerne anerkende Corrine Jacobs, Marek Jendrassak og William Merchant for hjælpe med opsætningen af eksperimenterende.

Bemærk: Alle personale skal være uddannet i sikker brug og drift af klasse IV lasere såvel som i sikker brug og drift af hånd og magt værktøjer.
1. eksperimentel Set-up
<ol><li>PIV setup
	<ol><li>Opsætning af dual-head laser og optik.<ol>
<li>Placere laseren på en optisk plade. Niveau laser med hensyn til bunden af anlægget (eller med hensyn til jorden, hvis det ønskes at have lodret hastigheder på linje med tyngdeaccelerationen) og vertikalt justeres laserstråle...

<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>

Den metode beskrevet heri er relativt billig og giver en enkel måde at måle samtidig partikel baner og turbulens for at undersøge flow indflydelse på partikel kinematik. Det er værd at nævne, at strømme eller partikel bevægelser, der er stærkt tredimensionale ikke er velegnet til denne teknik. Ud af flyet bevægelse vil resultere i fejl17 i både 2D sporing og til analyse af PIV og bør minimeres. Derudover kræver metoden koncentration af sporet partikler er forholdsvis lav (på rækkef?...

Der findes et stort antal programmer i både videnskabelige og tekniske felter, der involverer opførsel af partikler i turbulent strømme, for eksempel, aerosoler i atmosfæren, forurenende stoffer og/eller sedimenter i manipuleret systemer og marine mikroorganismer eller sediment i ocean1,2,3. I sådanne ansøgninger er det ofte af interesse at forstå hvordan partiklerne reagere på turbulens, som kræver en samtidig måling af partikel kinematik og fluid dynamik.
Eksisterende teknologier til at måle partikel bevægelser, kaldet partikel tracking (PT), som holder styr på individuelle partikel baner, og den statistiske teknik partikel billede Velocimetri4,5 (PIV), anvendes til at måle flow hastigheder, begge indarbejde ikke-påtrængende optiske teknikker. Den største udfordring i at bruge disse ikke-påtrængende optiske teknikker for at måle flow og partikel kinematik samtidig er separate belysningen kræves for hver billeddannelse teknik, der kan interferere med den anden måling nøjagtighed ( fx belysning kilde til måling af partikel kinematik kan ikke fungere som en betydelig støjkilden i væske velocity måling og vice-versa). Billedets kontrast i begge sæt af billeder skal være tilstrækkelig til at opnå pålidelige resultater. For eksempel, konverteres PT-billeder til sort-hvide billeder for at udføre en klat analyse for at bestemme partikel positioner; således, ikke tilstrækkelig kontrast fører til fejl i partikel holdning. Dårlig kontrast i PIV billeder beløb til en lav signal / støj-forhold, der vil forårsage unøjagtigheder i vurdering af de flydende hastigheder.
Her, er en forholdsvis billig og simpel metode til samtidig måle både partikel kinematik og flow hastigheder beskrevet. Gennem brug af en high-power monokromatiske lysemitterende diode (LED) linje lys, hvor linjen refererer til lys blænde og dual-head høj intensitet laser, er både partikler af interesse og feltet flow afbildet i samme region samtidigt. Potensen af LED er tilstrækkeligt til billeddannelse af (registrerede) partikler med høj hastighed kameraet men påvirker ikke PIV billeder fordi lysintensiteten spredt fra PIV røbestoffer er for lavt. Når dual-head høj intensitet laser lyser feltet flow for PIV billeder, det sker over en kort tidsinterval og disse billeder er let identificeres og fjernes fra den tidsserien fremstillet ved PT højhastighedskamera, når de er registreret. PIV laser pulser indspillet i high-speed billede (anvendes til partikel tracking) tid serien kan minimeres ved ikke kører de to systemer på erhvervelse billedhastigheder, der svarer til hinanden. I mere avancerede opsætninger, kunne et eksternt udløse PT og PIV-kameraer med en forsinkelse, som ville sikre, at dette ikke sker. Endelig, ved nøje overvejelse af mængden af partikler spores inden for PIV field of view (FOV), fejl indført ved disse sporede partikler i sammenhæng analysen af PIV billeder er allerede taget i betragtning af den samlede fejl skøn, herunder fejl i forbindelse med ikke-ensartet størrelse distribution af PIV røbestoffer i vinduet forhør. Langt størstedelen af PIV såning røbestoffer følger strømmen, giver præcise flow hastighed skøn. Disse teknikker aktiverer den samtidige direkte måling af begge partikel kinematik og flow felt i et todimensionalt fly.
Denne teknik er påvist ved at anvende den for at afgøre partikel afregning karakteristika i en turbulent strømning, svarende til, bruges i studier af Yang og genert6 og Jacobs et al. 7. partikel afregning er den sidste fase i sedimenttransport, som generelt består af sediment suspension, transport og afregning. I de fleste tidligere undersøgelser, der har behandlet partikel bosætter sig i turbulent strømme, enten partikel baner eller turbulent hastigheder måles ikke direkte men udledes teoretisk eller modelleret8,9,10. Oplysninger om vekselvirkninger mellem partikler og turbulens har oftest været undersøgt ved hjælp af teoretiske og numeriske modeller på grund af de eksperimentelle begrænsninger i at måle både samtidig6,11. Vi præsenterer en partikel-turbulens interaktion casestudie i en oscillerende gitter facilitet, hvor vi studerer bilægge hastigheden af partikler og deres kobling med turbulens. Klarhed, vil herefter vi henvise til partikler under undersøgelsen som "partikler" og seeding partiklerne bruges til PIV teknik som "sporstoffer"; Derudover vil vi henvise til kameraet anvendes til højhastigheds billeddannelse af partikel baner som "partikel tracking", "PT" eller "high-speed" kamera, hvilke måler "high-speed billeder" og kameraet anvendes til metoden PIV "PIV kameraet", som måler "billeder". Den metode beskrevet heri kan samtidig måling af partikler kinematik og fluid dynamik over en pre-defineret felt af interesse i havnefaciliteten. De opnåede data giver en to-dimensionel beskrivelse af partikel-turbulens interaktion.

<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

Talrige problemer i videnskabelige og tekniske felter inddrage forståelse kinematik af partikler i turbulent strømme, som forurenende stoffer, marine mikroorganismer og/eller sedimenter i havet, eller fluidiserede bed reaktorer og forbrændingsprocesser i manipuleret systemer. For at studere effekten af turbulens på kinematik af partikler i sådanne strømme, er samtidige målinger af både flow og partikel kinematik påkrævet. Ikke-påtrængende, optisk flow måling teknikker til måling af turbulens eller til sporing af partikler, der findes men måle begge samtidigt kan være udfordrende på grund af interferens mellem teknikkerne. Den metode, der præsenteres heri giver en billig og forholdsvis enkel metode til at foretage samtidige målinger af flow og partikel kinematik. Et tværsnit af strømmen er målt ved hjælp af en partikel billede Velocimetri (PIV) teknik, som giver to komponenter i hastighed i målingen plan. Denne teknik anvender et pulserende laser til belysning af feltet seedede flow, der er afbildet med et digitalt kamera. Partikel kinematik er samtidig afbildet ved hjælp af en lysemitterende diode (LED) linje lys, der lyser en planar tværsnit af den strøm, der overlapper med PIV field-of-view (FOV). Linje lys er lav nok strøm at den ikke påvirker PIV-målinger, men kraftig nok til at belyse de større partikler af interesse afbildet ved hjælp af high-speed kamera. Højhastigheds billeder, der indeholder laserpulser fra PIV teknik er let filtreret ved at undersøge det summerede intensitetsniveauet i hver højhastigheds billede. Ved at gøre frame rate af den højhastighedskamera landingers med de PIV kamera framerate, kan antallet af forurenet rammer i high-speed tidsserierne minimeres. Teknikken er velegnet til gennemsnitlige strømme, der er overvejende to-dimensionelle, indeholder partikler, der er mindst 5 gange den gennemsnitlige diameter af PIV såning røbestoffer, og lav koncentration.

En skematisk af opsætningen af eksperimenterende er vist i figur 1. Figuren viser placeringen af lys ark (LED og laser), overlapningen i FOVs, og placeringen af FOVs i forhold til oscillerende gitter og tank vægge. Turbulens og partikler måles samtidigt som beskrevet i afsnittet protokol. Figur 2 viser eksempel resultaterne af målingerne af øjeblikkelige hastighed og vorticity sammen med prøven partikel baner. Resultaterne ...

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

Den teknik beskrevet heri tilbyder en billig og forholdsvis enkel metode til samtidig måling partikel kinematik og turbulens i strømme med lav partikel koncentrationer. Turbulensen er målt ved hjælp af partikel billede Velocimetri (PIV), og partikel kinematik er beregnet ud fra billeder fås med en høj hastighed kamera i et overlappende felt-of-view.

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 ...

Talrige områder inden for både ingeniørvidenskab og naturvidenskab involverer problemer forbundet med væskepartikelinteraktion. Denne metode giver en relativt billig, ikke-indgribende samtidig optisk måling af både partikelbaner og flowhastigheder. Her måler vi sedimentpartiklers bundfældningshastigheder i et turbulent flow, hvilket muliggør detaljeret karakterisering af partikelforløbene, samtidig med at turbulente hastigheder måles på samme sted.For at begynde partikelbilledet velocimetry setup, fastsætte en dobbelt hoved høj intensitet puls laser vandret niveau på en optisk plade, i overensstemmelse med flow facilitet. Placer en cylindrisk linse i overensstemmelse med laseren til at producere en 2D-plan af lys, der vil være under oscillerende gitter. Derefter montere en sfærisk linse efter cylindriske linse på en afstand, der vil generere en lys ark, der er 5 til en millimeter tyk.Dernæst skal du placere en dobbelt eksponering CCD kamera vinkelret på lysarket til at optage billeder til PIV. Fastgør en linse til kameraet, tænd den, og indstil den til fri og kontinuerlig tilstand. Fokuser piv-kameraet på det turbulente flowanlæg.Juster blænden og kameraets position, indtil billedet er mindre end eller tæt på de ønskede lysarkgrænser. Sluk derefter kameraet og tænd for laseren ved lav intensitet. Bekræft, at lysarket er vinkelret på gulvet, og placer derefter et kalibreringsmål, der er markeret med et gitter, der er præcist i midten af lysarket.Det er vigtigt at sikre, at PIV-kameraet er vinkelret på lysarket, og at lysarket er vinkelret på gulvet eller anlæggets bund. Forskydning resultere i forkert hastighed fremskrivninger, og dermed væskehastighed fejl. Sluk for laseren, og tænd for kameraet igen.Fokuser kameraet på kalibreringsmålet, og tag et enkelt billede. Åbn billedet i billedbehandlingssoftwaren, og bekræft, at række-, højde- og kolonneafstanden er ensartet på tværs af målet. Hjørnemarkørstørrelserne bør ikke variere med mere end én pixel, og ideelt set skal de være identiske.Hvis billedet opfylder disse kriterier, skal du fjerne kalibreringsmålet. Installer gitteret, og kør anlægget. Derefter indføre om en spiseskefuld piv sporstof partikler til væsken.Vent, indtil sporstofferne og væsken er godt blandet, før du fortsætter. Tænd derefter for laseren og sæt den til ekstern kontrol og høj effekt. Sluk for rumlysene, og tag et billedpar for at evaluere sporstoftætheden.Gradvist øge sporstof koncentration ved teskefuld til den ønskede visuelle tæthed. Indstil derefter PIV-kamerarammehastigheden til den højest mulige værdi, og indstil tiden mellem fortløbende PIV-billeder. Bekræft, at laseren er konfigureret korrekt.Sluk derefter lyset og indsamle data i fri tilstand i et par sekunder. Kryds korrelerer billedparret, og bekræft, at de erhvervede data er af god kvalitet. Stop gitterets svingning, når du er færdig.For at begynde at oprette 2D partikelsporing skal du placere et monokromatisk LED-linjelys under svingningsgitteret, så lysarket centreres inden for LED-linjen. Tænd for LED-ledningslyset og laseren ved lavt strøm. Bekræft, at lysarket og linjelyset er godt justeret, og sluk dem derefter.Næste vedhæfte en linse til en CMOS høj hastighed kamera, der skal bruges til partikel sporing. Tænd kameraet i fri kontinuerlig eller live-tilstand, og fokusere det på området af interesse. Juster partikelsporing kamera blænde højde og afstand, indtil regionen af interesse er med det synsfelt og kameraet er niveau og vinkelret på linjen lys.Sluk for kameraet. Tænd for linjelyset, og placer kalibreringsmålet i midten af linjelyset. Sluk derefter for linjelyset, tænd for kameraet, og fokuser det på målet.Optag et billede af kalibreringsmålet, og bekræft, at partikelsporingskameraet er i niveau, vinkelret på målet og i fokus uden billedforvrængning ved kanterne. Fjern kalibreringsmålet bagefter. Derefter indstilles antallet af højhastighedsbilleder, der skal indsamles.Baseret på den forventede partikelhastighed skal du indstille billedhastigheden og opløsningen til værdier, der skal opnå partikelforskydning på tre til 10 pixel mellem billederne. Installer gitteret, tænd LED-ledningslyset, og gør rummet mørkere. Start gitteret svingning og indføre en lille del af partikler af interesse i strømmen.Når partiklerne vises på højhastighedskameraet, skal du tage et par billeder. Det er vigtigt, at partikelsporene er tydeligt synlige i billederne, hvilket indikerer, at partiklerne forbliver i plan og ikke ofte overlapper hinanden. Hvis disse kriterier ikke opfyldes, vil det medføre manglende evne til præcist at spore partiklerne.Bekræft, at der ikke er nogen synlige indgangseffekter, partikeloverlapning er sjælden, og partikelbevægelse er primært i plan. Stop svingningen, når du er færdig. For at begynde den endelige kalibrering, med lysene dæmpet placere kalibreringsmålet i LED og laser lys ark.Sluk for laseren og LED'en, og tænd for rumlysene. Sørg for, at kalibreringsmålet er i fokus i kameraets FOV'er og har et unikt mærke, der er synligt for begge kameraer. Tag et billede af kalibreringsmålet på begge kameraer.Bemærk de relevante placeringer af det unikke mærke, og bekræft, at kameraerne stadig er jævne og viser ingen forvrængning omkring kanterne. Fjern derefter kalibreringsmålet, installer gitteret, og start svingningen. Lad det køre i mindst 20 minutter for at tillade strømmen at nå en stabil tilstand.Derefter mørkere rummet, tænde LED-linjen lys, og indføre partiklerne i strømmen. Start samtidig laserimpulserne og billedopkrytningen for begge systemer, når der vises partikler i partikelsporingskameraet FOV. Når dataindsamlingen er færdig, skal du gemme billederne og stoppe gitteroscillationen.Analysér flowhastighedsfordelingen og partikelforløbet. PIV-billederne kan behandles til øjeblikkelig væskehastighed og vorticitetsfordelinger. Her væsken hastighed vektor fordeling er overlejret på en vorticity farvekort.Med denne opsætning, bør størrelsen af den rumlige middelværdi af rod gennemsnitlige kvadrerede væskehastighed udsving over PIV synsfelt stige med svingning frekvens for både vandrette og lodrette hastighed komponenter. Partikel baner og hastigheder kan bestemmes ud fra høj hastighed partikel tracking billeder. Fordelingen af partikelhastigheder bør være nogenlunde gaussisk.Her større uregelmæssigt former partikler generelt viste partikelhastighed distributioner med større standard afvigelser end de mindre, sfæriske partikler. Selv om begge sæt partikler viste fordelinger med større gennemsnitlige vertikale hastigheder og større standardafvigelser, efterhånden som gitterets svingningshastighed steg. De stagnerende flowafregningshastigheder af syntetiske partikler, industrisand og lokalt indsamlet sand bestemmes ud fra deres partikelsbanes, der alle stort set er enige med Dietrich-kurverne.Tendensen til partikler affedtning hastigheder til at stige med nettet oscillation frekvens blev undersøgt yderligere i efterfølgende analyse. Samtidig optisk måling af både partikelkinetik og væskedynamik, specielt turbulens, er udfordrende på grund af risikoen for interferens mellem de to billeddannelsesteknikker, hvilket resulterer i måleutil unøjagtigheder. Strømme, der er stærkt tredimensionelle, er ikke velegnede til denne teknik, fordi ud af flyets bevægelser vil medføre fejl i både 2D-sporingen og partikelealimetanalysen.Koncentrationen af sporede partikler skal være relativt lav for at maksimere tilliden til, at den samme partikel spores i på hinanden følgende billeder. PIV- tracers og de partikler, der spores, skal også være tilstrækkeligt forskellige i størrelse til at kunne skelne dem. Integrationen af strømningshastighedsoplysningerne med partikelforløbet afhænger af, hvad der undersøges.For eksempel kan denne metode også undersøge flowhastigheder ved bestemte tilfælde i tid langs partiklens bane. Denne teknik blev demonstreret med sediment transport, en ansøgning om motion videnskaber, men det er relevant i mange applikationer, hvor væskestrømmen interagerer med naturlige eller menneskeskabte partikler.

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

Termiske Måleteknikker i Analytical mikrofluidenheder

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

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 ...

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

Måling af Spredning ulineariteter fra en enkelt plasmoniske Nanopartikel

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

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 ...

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

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 ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

Optisk Trap Loading af Dielektrisk mikropartikler i Air

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

Generation af størrelse-kontrollerede Poly (etylenglykol) Diacrylate dråber via Semi-3-dimensionelle Flow med fokus mikrofluid enheder

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

Metodeudvikling for kontaktfri resonans hulrum dielektriske spektroskopiske undersøgelser af celluloseholdigt papir

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

Måling Sub-23 Nanometer Real Kørsel Partikel nummer emissioner ved hjælp af bærbare DownToTen Sampling System

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

Løsning Blæsespinding af polymere nanokompositfibre til personlige værnemidler

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