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

Deler av dette arbeidet ble støttet av II-VI Foundation og Coastal Carolina Professional ekstrautstyr stipendet. Vi ønsker også å erkjenne Corrine Jacobs, Marek Jendrassak og William Merchant for hjelpe med eksperimentelle oppsett.

Merk: Alle bør trenes i sikker bruk og drift av klasse IV lasere samt som trygg bruk og drift av hånd og makt verktøy.
1. eksperimentelle Set-up
<ol><li>PIV-oppsett
	<ol><li>Sette opp dual-head laser og optikk.<ol>
<li>Plass laser på en optisk plate. Nivå laser forhold til bunnen av anlegget (eller med hensyn til bakken Hvis det er ønskelig å ha vertikal fart på linje med gravitasjonsakselerasjonen) og Uster laserstrålen med midten av 2D flyet til å avbildes.</li>
...

<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>

Metoden beskrevet heri er relativt billig og gir en enkel måte å måle samtidig partikkel baner og turbulens undersøke påvirker flyten partikkel kinematikk. Det er bemerkelsesverdig å nevne at flyter eller partikkel bevegelser som er sterkt tredimensjonale ikke er egnet for denne teknikken. Ut-av-plane bevegelse vil resultere i feil17 i både 2D sporing og PIV analyse og bør minimaliseres. I tillegg krever metoden konsentrasjonen av sporede partikler relativt lav (på titalls partikler per P...

Det finnes et stort antall programmer i både vitenskapelige og tekniske felt som involverer oppførselen til partikler i turbulente, for eksempel, aerosoler i atmosfæren, forurensning og/eller sedimenter i utviklet systemer og marine mikroorganismer eller sedimenter i havet1,2,3. I slike programmer er det ofte rundt å forstå hvordan partikler reagerer turbulens, som krever samtidig måling av partikkel kinematikken og fluid dynamikk.
Eksisterende teknologier å måle partikkel bevegelser, kalt partikkel sporing (PT), som sporer personlige partikkel baner og statistiske teknikken av partikkel bilde velocimetry4,5 (PIV), brukes til å måle flyt fart innlemme både ikke-påtrengende optisk teknikker. Den største utfordringen i å bruke disse ikke-påtrengende optisk teknikker for å måle både flyt og partikkel kinematikk samtidig er separate belysning kreves for hver tenkelig teknikk som ikke forstyrre andre måling nøyaktighet ( f.eks belysning kilde for å måle partikkel kinematikken kan fungere som en betydelig støy i væske hastighet måling og omvendt). Bildekontrasten i begge settene med bilder må være tilstrekkelig for å oppnå pålitelige resultater. For eksempel konverteres PT bilder til svart-hvitt-bilder for å utføre en blob analyser for å avgjøre partikkel posisjoner; dermed fører tilstrekkelig kontrast til feil i partikkel plassering. Dårlig kontrast i PIV bilder utgjør en lav signal-til-støy-forhold som vil føre til feil i beregning av flytende hastigheter.
Her, er en relativt lave kostnader og enkel metode for å måle samtidig både partikkel kinematikk og strømning hastigheter beskrevet. Gjennom bruk av en høyeffekts monokromatisk lys emitting diode (LED) linje lys, der linjen refererer til lys blenderåpning og dual-head høyintensiv laser, er begge partikler av interesse og feltet flyt avbildet i samme område samtidig. LED høy makt er tilstrekkelig for avbilding av (spores) partikler av høyhastighets kameraet, men påvirker ikke PIV bilder fordi lysintensiteten spredt PIV tracers er for lavt. Når dual-head høyintensiv laser lyser feltet flyt for PIV bilder, det skjer over et kort tidsintervall og disse bildene lett identifiseres og fjernes fra tidsserien innhentet av høyhastighets PT kameraet når de er registrert. PIV laser pulser i høyhastighets bilde (brukes for partikkel sporing) tiden serien kan minimeres ved å ikke kjøre de to systemene på oppkjøp bildefrekvens som er i samsvar med hverandre. I mer avanserte oppsett, kan en eksternt utløse PT og PIV kameraer med en forsinkelse som sikrer dette ikke skjer. Endelig etter grundig overveielse av partikler spores i PIV synsfelt (FOV) er feil introdusert av disse sporede partikler i sammenheng analyse av PIV bilder allerede tatt i betraktning av generelle feil estimering, inkludert feil forbundet med ikke-uniform størrelsesDistribusjon av PIV tracers i vinduet avhør. De aller fleste PIV seeding tracers følger strømmen, gir nøyaktig flyten hastighet estimater. Disse teknikkene gjør samtidige direkte måling av både partikkel kinematikk og flyt feltet i en todimensjonal flyet.
Denne teknikken er demonstrert ved å bruke den for å avgjøre partikkel settling egenskaper i en turbulente flyt, som brukes i studier og sjenert6 og Jacobs et al. 7. partikkel settling er siste etappe i sedimenter transport, som består av sediment suspensjon, transport- og settling. I de fleste tidligere studier som har adressert partikkel bosatte seg i turbulente, enten partikkel baner eller turbulente hastigheter er ikke direkte målt men utledet teoretisk eller modellert8,9,10. Opplysninger om samspillet mellom partikler og turbulens oftest er gransket bruker teoretisk og numeriske modeller på grunn av eksperimentelle begrensninger måle begge samtidig6,11. Vi presenterer en partikkel-turbulens samhandling studie i en oscillerende rutenettet anlegget, hvor vi studere bosetting hastigheten av partikler og deres kobling med turbulens. For klarhets vil heretter vi henvise til partikler under etterforskning som "partikler" og seeding partikler brukes for PIV teknikken som "Sporingsstoffer"; i tillegg vil vi henvise til kameraet brukes for høyhastighets avbilding av partikkel baner som "partikkel oppsporer", "PT" eller "rask" kamera, som måler "høyhastighets bilder" og kameraet brukes for metoden PIV "PIV kameraet", som måler "bilder". Metoden beskrevet her kan samtidig måling av partikler kinematikk og fluid dynamikk over et forhåndsdefinert felt av interesse i anlegget. Innhentet data gir en todimensjonal beskrivelse av partikkel-turbulens interaksjon.

<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

Mange problemer i vitenskapelige og tekniske felt involverer forstå kinematikken partikler i turbulente, for eksempel forurensninger, marine mikroorganismer eller sedimenter i havet, eller fluidized seng reaktorer og forbrenning prosesser i utviklet systemer. For å studere effekten av turbulens på kinematikken partikler i slike renn, er samtidig målinger av både flyt og partikkel kinematikk nødvendig. Ikke-påtrengende, optisk flyt måling teknikker for måling turbulens eller sporing partikler finnes, men kan være utfordrende på grunn av interferens mellom teknikker å måle begge samtidig. Metoden som presenteres her gir en rimelig og relativt enkel metode for å foreta samtidige målinger av flyt og partikkel kinematikken. Et tverrsnitt av flyten måles ved hjelp av en partikkel velocimetry (PIV) teknikk, som gir to komponenter av hastighet i måling flyet. Denne teknikken utnytter en pulsed laser for belysning av feltet seeded flyt som er avbildet av en digital kameraet. Partikkel kinematikken er samtidig fotografert med en lys emitting diode (LED) line-lampen som lyser opp et planar tverrsnitt av flyten som overlapper med PIV felt-av-syn (FOV). Line-lampen er av lavt nok makt at den ikke påvirker PIV målinger, men kraftige nok til å belyse de større partiklene rundt fotografert bruker høyhastighets kameraet. Høyhastighets bilder på laser pulser fra PIV teknikken er enkelt filtreres ved å undersøke summerte intensitetsnivået for hvert høyhastighets bilde. Ved å gjøre bildefrekvensen for høyhastighets kameraet incommensurate at PIV kameraet Rammehastigheten, kan antallet forurensede rammer i høyhastighets tidsserien minimeres. Teknikken er egnet for mener strømmer som er overveiende todimensjonale, inneholder partikler som er minst 5 ganger betyr diameteren på PIV seeding tracers og er lav i konsentrasjon.

En skjematisk av eksperimentelle oppsett er vist i figur 1. Figuren viser ordningen med lys ark (LED og laser), blir overlappingen i FOVs og plasseringen av FOVs i forhold til oscillerende rutenettet og akvariet vegger. Den turbulens og partikler måles samtidig som beskrevet i delen protokollen. Figur 2 viser eksempel resultatene av målinger av øyeblikkelig hastighet og vorticity sammen med eksempel partikkel baner. Resultaten...

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

Teknikken beskrevet her tilbyr en rimelig og relativt enkel metode for å måle samtidig partikkel kinematikk og turbulens i renn med lav partikkel konsentrasjoner. Turbulens måles med partikkel bilde velocimetry (PIV) og partikkel kinematikk beregnes fra profilen oppnådd med et høyhastighets kamera i en overlappende felt-of-view.

Samtidig måling av turbulens og partikkel kinematikk med flyt Imaging teknikker

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

Tallrike felt innen både ingeniørfag og naturvitenskap innebærer problemer forbundet med væskepartikkelinteraksjon. Denne metoden gir en relativt rimelig, ikke-påtrengende samtidig optisk måling av både partikkelbaner og strømningshastigheter. Her måler vi oppgjørshastighetene til sedimentpartikler i en turbulent strømning, noe som muliggjør detaljert karakterisering av partikkelbanene samtidig som vi måler turbulente hastigheter på samme sted.For å starte partikkelbildet velocimetry oppsett, fikse en dobbel hode høy intensitet puls laser horisontalt nivå på en optisk plate, i tråd med strømningsanlegget. Plasser en sylindrisk linse på linje med laseren for å produsere et 2D-fly med lys som vil være under det oscillerende rutenettet. Monter deretter en sfærisk linse etter den sylindriske linsen på avstand som vil generere et lysark som er 5 til en millimeter tykk.Deretter plasserer du et CCD-kamera med dobbel eksponering vinkelrett på lysarket for å ta opp bilder for PIV. Fest et objektiv til kameraet, slå det på og sett det til fri og kontinuerlig modus. Fokuser PIV-kameraet grovt på det turbulente strømningsanlegget.Juster blenderåpningen og kameraposisjonen til bildet er mindre enn eller i nærheten av de ønskede lysarkgrensene. Slå deretter av kameraet og slå på laseren med lav intensitet. Kontroller at lysarket er vinkelrett på gulvet, og plasser deretter et kalibreringsmål merket med et rutenett nøyaktig i midten av lysarket.Det er viktig å sikre at PIV-kameraet er vinkelrett på lysarket og at lysarket er vinkelrett på gulvet eller anleggets bunn. Feiljustering resulterer i feil hastighetsprojeksjoner, og dermed væskehastighetsfeil. Slå av laseren og slå kameraet på igjen.Fokuser kameraet på kalibreringsmålet og ta ett enkelt bilde. Åpne bildet i bildebehandlingsprogramvaren, og bekreft at rad-, høyde- og kolonneavstanden er konsistent på tvers av målet. Hjørnemarkørstørrelsene skal variere med ikke mer enn én piksel, og ideelt sett bør de være identiske.Hvis bildet oppfyller disse kriteriene, fjerner du kalibreringsmålet. Installer rutenettet, og kjør anlegget. Deretter introduserer du omtrent en spiseskje full av PIV-sporpartikler til væsken.Vent til sporstoffene og væsken er godt blandet før du fortsetter. Slå deretter på laseren og sett den til ekstern kontroll og høy effekt. Slå av romlysene og ta et bildepar for å evaluere sporstofftettheten.Gradvis øke tracer konsentrasjonen av teskje-fulls til ønsket visuell tetthet. Sett deretter PIV-kamerabildefrekvensen til høyest mulig verdi og angi tiden mellom påfølgende PIV-bilder. Kontroller at laseren er riktig konfigurert.Slå deretter av lysene og samle inn data i frimodus i noen sekunder. Kryss korrelerer bildeparene og bekrefter at de anskaffede dataene er av god kvalitet. Stopp rutenettet oscillasjon når du er ferdig.For å begynne å sette opp 2D-partikkelsporing plasserer du et monokromatisk LED-linjelys under svingningsgitteranlegget slik at lysarket sentrerer seg innenfor LED-linjen. Slå på LED-lampen og laseren på lavt strømspar. Kontroller at lysarket og linjelyset er godt justert, og slå dem deretter av.Deretter feste en linse til en CMOS høyhastighetskamera som skal brukes til partikkelsporing. Slå på kameraet i fri kontinuerlig eller live-modus, og fokuser det grovt på interesseområdet. Juster partikkelsporingskameraets blenderhøyde og -avstand til interesseområdet er med sitt synsfelt og kameraet er jevnt og vinkelrett på linjelyset.Slå av kameraet. Slå på linjelyset og plasser kalibreringsmålet midt på linjelyset. Slå deretter av linjelyset, slå på kameraet og fokuser det på målet.Ta et bilde av kalibreringsmålet og bekreft at partikkelsporingskameraet er jevnt, vinkelrett på målet og i fokus uten bildeforvrengning på kantene. Fjern kalibreringsmålet etterpå. Angi deretter antall høyhastighetsbilder som skal samles inn.Basert på den forventede partikkelhastigheten, sett bildefrekvensen og oppløsningen til verdier som skal oppnå partikkelforskyvning på tre til 10 piksler mellom bilder. Installer rutenettet, slå på LED-linjelyset og gjør rommet mørkere. Start rutenettet oscillasjon og introdusere en liten del av partiklene av interesse i strømmen.Når partiklene vises på høyhastighetskameraet, ta noen bilder. Det er viktig at partikkelsporene er tydelig synlige på bildene, noe som indikerer at partiklene forblir i planet og ikke ofte overlapper hverandre. Unnlatelse av å oppfylle disse kriteriene vil resultere i en manglende evne til å nøyaktig spore partiklene.Bekreft at det ikke er noen synlige inngangseffekter, partikkeloverlapping er sjelden, og partikkelbevegelse er primært i planet. Stopp svingningen når du er ferdig. For å starte den endelige kalibreringen, med lysene nedtonet plassere kalibreringsmålet i LED og laser lysark.Slå av laseren og LED-lampen, og slå på romlysene. Kontroller at kalibreringsmålet er i fokus i kameraets FOVer, og har et unikt merke som er synlig for begge kameraene. Ta et bilde av kalibreringsmålet på begge kameraene.Legg merke til de relevante plasseringene av det unike merket, og bekreft at kameraene fortsatt er i nivå og viser ingen forvrengning rundt kantene. Fjern deretter kalibreringsmålet, installer rutenettet og start svingningen. La den kjøre i minst 20 minutter for å tillate strømmen å nå en jevn tilstand.Deretter mørkner rommet, slår på LED-linjelyset og introduserer partiklene i strømmen. Start laserpulser og bildeoppkjøp for begge systemene samtidig når partikler vises i partikkelsporingskameraet FOV. Når datainnsamlingen er fullført, lagrer du bildene og stopper rutenettets svingninger.Analyser flythastighetsfordelingen og partikkelbanene. PIV-bildene kan behandles i øyeblikkelig væskehastighet og vortiskhetsfordelinger. Her er væskehastighet vektordistribusjonen lagt over på et fargekart med vortitet.Med dette oppsettet bør størrelsen på det romlige gjennomsnittet av rotsnitte kvadrert væskehastighetssvingninger over PIV-synsfeltet øke med oscillasjonsfrekvens for både horisontale og vertikale hastighetskomponenter. Partikkelbaner og hastigheter kan bestemmes av de høyhastighets partikkelsporingsbildene. Fordelingen av partikkelhastigheter bør være omtrent gaussisk.Her former større uregelmessig partikler generelt partikkelhastighetsfordelinger med større standardavvik enn de mindre, sfæriske partiklene. Selv om begge settene med partikler viste fordelinger med større gjennomsnittlige vertikale hastigheter og større standardavvik etter hvert som nettscillasjonsraten økte. Den stillestående strømmen som avgjør hastigheter av syntetiske partikler, industriell sand og lokalt samlet sand bestemt fra deres partikkelbaner, er alle grovt enige med Dietrich-kurvene.Tendensen til at partikler avgjør hastigheter til å øke med nettsvingninger frekvens ble utforsket videre i senere analyse. Samtidig optisk måling av både partikkelkinetikk og væskedynamikk, spesielt turbulens, er utfordrende på grunn av potensialet for interferens mellom de to bildeteknikkene, noe som resulterer i målings unøyaktigheter. Strømmer som er sterkt tredimensjonale er ikke godt egnet for denne teknikken, fordi ut av planbevegelser vil produsere feil i både 2D-sporing og partikkelvelocimetryanalysen.Konsentrasjonen av sporede partikler må være relativt lav for å maksimere tilliten til at den samme partikkelen spores i påfølgende bilder. Også PIV-sporstoffer og partiklene som spores må være tilstrekkelig forskjellige i størrelse for å skille dem. Integreringen av flythastighetsinformasjonen med partikkelbanen avhenger av hva som undersøkes.Denne metoden kan for eksempel også undersøke strømningshastighetene ved bestemte tilfeller i tide langs partikkelens bane. Denne teknikken ble demonstrert med sedimenttransport, en applikasjon for bevegelsesvitenskap, men det er relevant i mange applikasjoner hvor væskestrømmen samhandler med naturlige eller menneskeskapte 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 Måleteknikk i Analytiske microfluidic enheter

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

Utvikling av en Forsøksoppsett for måling av Coefficient of Restitusjon under vakuum betingelser

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 av Spredning Nonlinearities fra en enkelt Plasmonic Nanopartikkel

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 for Måling Orientering og rotasjonshastigheten til 3D-trykt 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

Tredimensjonal Particle Tracking velocimetry for Turbulence Applications: Case av 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 Lasting av Dielektrisk Mikropartikler i luften

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

Generasjon av størrelse-kontrollerte Poly (etylenglykol) Diacrylate dråper via Semi-3-dimensjonale Flow fokus Microfluidic enheter

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

Metodeutvikling for kontaktløse resonans hulrom dielektrisk spektroskopiske studier av cellulosic Paper

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 av Sub-23 Nanometer Reelle kjøring partikkelnummerutslipp ved hjelp av portable 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 blåsespinning av polymere nanokomposittfibre for personlig verneutstyr

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