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

Часть этой работы были поддержаны Фондом II-VI и прибрежные Каролина профессионального повышения Грант. Мы хотели бы также признать Коррин Джейкобс, Марек Jendrassak и Уильям купец для помочь с экспериментальной установки.

Примечание: Все сотрудники должны обучаться безопасного использования и эксплуатации IV класса лазеров, а также безопасного использования и эксплуатации инструментов рук и власти.
1. экспериментальные установки
<ol><li>PIV установки
	<ol><li>Настройка двойной головко?...

<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>

Метод, описанный здесь является относительно недорогим и обеспечивает простой способ одновременно измерять траекторий частиц и турбулентности в целях изучения влияния потока на Кинематика частицы. Примечательно отметить, что потоки или движения частиц, которые сильно трехмерной не ?...

Существует большое количество приложений в научных и инженерных областях, которые включают поведение частиц в турбулентных потоков, например, аэрозолей в атмосфере, загрязнений и отложений в инженерных системах и морских микро организмов или отложениях в океан1,2,3. В таких приложениях это часто интерес понять как частицы реагировать турбулентность, которая требует одновременного измерения частиц кинематики и динамики жидкости.
Существующие технологии для измерения движения частиц, называется частица отслеживания (PT), которая отслеживает траекторий отдельных частиц и статистический метод частиц изображения Велосиметрия4,5 (PIV), используемый для измерения потока скорости, оба включают неинтрузивного оптических методов. Основной задачей в использовании этих неинтрузивного оптических методов измерения потока и частицы кинематики одновременно является отдельный освещения, необходимых для каждого изображения метод, который не может вмешиваться с другого измерения точности ( например, источник подсветки для измерения Кинематика частицы не может действовать как источник значительный шум в измерение скорости жидкости и наоборот). Контраст изображения в обоих наборов изображений должны быть достаточными для получения надежных результатов. К примеру PT изображения преобразуются в черно-белых изображений для того, чтобы выполнить анализ больших двоичных объектов для определения позиции частиц; Таким образом недостаточно контраст приводит к ошибкам в позиции частицы. Плохой контраст в PIV изображения составляет низкое соотношение сигнал шум, что приведет к неточности в оценке жидкости скоростей.
Здесь относительно недорогой и простой метод одновременно измерять обе скорости кинематики и потока частиц описан. Благодаря использованию мощных монохромные Светоиспускающий диод (LED) линия света, где линия относится к легкой диафрагмы и двойной головкой высокой интенсивности лазерного, частицы интерес и поля потока одновременно отражаются в том же регионе. Высокой мощности светодиод для изображений (гусеничный) частиц, высокоскоростной камеры достаточно, но не влияет PIV изображения, поскольку интенсивность света, рассеянного с PIV Трейсеры является слишком низким. Когда двойной головкой высокой интенсивности лазерного освещает поля потока для изображений, PIV, это происходит через короткий промежуток времени эти образы легко идентифицируются и удалены из временных рядов, полученные путем высокоскоростной камеры PT, когда они регистрируются. PIV лазерных импульсов, записанная во время скоростной изображения (используется для отслеживания частиц), серии может быть сведено к минимуму, не выполнив двух систем на приобретение кадров, которые сопоставимы друг с другом. В более продвинутых установок один внешне может спровоцировать камер PT и PIV с задержкой, что бы убедиться, что это не произойдет. Наконец путем тщательного рассмотрения количество частиц, отслеживаются в рамках PIV поле зрения (FOV), любые ошибки, представил эти гусеничные частиц в корреляционного анализа изображений PIV уже учитываются по общей оценке ошибки, включая ошибки, связанные с распределением неоднородной размер PIV Трейсеры в окне допроса. Подавляющее большинство PIV, посев Трейсеры следующие поток, дают точные потока скорость оценок. Эти методы позволяют одновременное прямое измерение как частица кинематики потока области и в двумерной плоскости.
Этот метод показан, применяя его определить частиц урегулирования характеристики в турбулентном потоке, аналогичного используемому в исследованиях Ян и застенчивая(ый)6 и Jacobs et al. 7. частица урегулирования является завершающим этапом в наносов, который обычно состоит из осадочных подвеска, транспорта и урегулирования. В большинстве предыдущих исследований, которые обратились частиц, поселившись в турбулентных течений либо траекторий частиц или турбулентного скорости не измеряется непосредственно, но теоретически выведенных или образцу8,9,10. Подробная информация о взаимосвязях между частицами и турбулентности чаще всего были расследованы с использованием теоретических и численных моделей ограниченностью экспериментальные измерения оба одновременно6,11. Мы представляем тематическое исследование взаимодействия частиц турбулентности в колебательный ГРИД, где мы изучаем скорость осаждения частиц и их соединение с турбулентности. Для ясности далее мы будем называть частиц под расследование как «частицы» и посева частиц используется для метода PIV как «трейсеры»; Кроме того, мы будем ссылаться на камеру, используется для высокоскоростной визуализации траекторий частиц как «частица отслеживание», «Пт» или «скоростной» камеры, который измеряет «высокоскоростной изображения» и используется для метода PIV «PIV камеры» камеры, которая меры «изображения». Метод, описанный здесь позволяет одновременное измерение частиц кинематики и динамики жидкости над полем предварительно определенный интерес в пределах объекта. Полученные данные предоставляет двумерные описания взаимодействия частиц турбулентности.

<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

Многочисленные проблемы в научной и инженерной областях включают Понимание кинемо частиц в турбулентных потоков, такие загрязнители, морских микроорганизмов, и/или отложениях в океан, или кипящего реактора и процессов горения в инженерных систем. Для того чтобы изучить эффект турбулентности на Кинематика частицы в таких потоков, требуются одновременного измерения потока и частицы кинематики. Существуют методы измерения non навязчивым, оптического потока для измерения турбулентности, или для отслеживания частиц, но одновременно оба измерения может быть сложным из-за помех между методами. Метод, представленные в настоящем документе обеспечивает низкую стоимость и относительно простой метод для одновременного измерения потока и частиц кинематики. Поперечное сечение потока измеряется с помощью метода Велосиметрия (PIV) изображение частиц, которая обеспечивает два компонента скорости в плоскости измерения. Этот метод использует импульсный лазер для освещения в сеяный потока поля, отображаемого с помощью цифровой камеры. Кинематика частицы одновременно отражаются с помощью Светоиспускающий диод (LED) линии свет, который освещает плоское поперечное сечение потока, которая перекрывается с PIV поле зрения (FOV). Линии свет является достаточно малой мощности, что он не влияет на размеры PIV, но достаточно мощным, чтобы осветить более крупные частицы интерес образы с помощью высокоскоростной камеры. Высокоскоростной изображений, которые содержат лазерных импульсов от PIV технику легко фильтруются путем изучения уровня суммируются интенсивности каждого высокоскоростной изображения. Делая частота кадров высокоскоростной камеры несоизмеримы с этим частота кадров камеры PIV, можно минимизировать количество зараженных кадров высокоскоростной временных рядов. Техника подходит для средней потоков, которые являются преимущественно двумерной, содержат частицы, которые являются по крайней мере 5 раз средний диаметр PIV, посев Трейсеры и низкой концентрации.

На рисунке 1показана схема экспериментальной установки. На рисунке показано расположение света листов (Светоизлучающие и лазерные), перекрытия в FOVs и положение FOVs относительно осциллируя сетки и стенок цистерны. Одновременно, как описано в разделе про...

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

Метод, описанный здесь предлагает низкой стоимости и относительно простой метод одновременно измерения частиц кинематики и турбулентности потоков частиц низкой концентрации. Турбулентность измеряется с помощью частицы изображения Велосиметрия (PIV), и Кинематика частицы рассчитываются на основе изображений, полученных с помощью высокоскоростной камеры в перекрывающихся поля зрения.

Одновременное измерение турбулентности и Кинематика частицы с помощью потока, методы визуализации

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

Многочисленные области как в инженерии, так и в естественных науках связаны с проблемами, связанными с взаимодействием частиц жидкости. Этот метод обеспечивает относительно недорогое, ненавязчивое одновременное оптическое измерение как траекторий частиц, так и скорости потока. Здесь мы измеряем скорость заселения частиц осадочных пород в турбулентном потоке, позволяя детально работать над траекториями частиц, одновременно измеряя турбулентные скорости в одном и том же месте.Для начала установки велоциметрии изображения частиц зафиксируете двойную головку высокоинтенсивного импульсного лазера горизонтального уровня на оптической пластине, в соответствии с механизмом потока. Поместите цилиндрическую линзу в соответствии с лазером для создания 2D плоскости света, которая будет ниже колеблющейся сетки. Затем смонтировать сферическую линзу после цилиндрической линзы на расстоянии, которое будет генерировать световой лист, который составляет от 5 до одного миллиметра толщиной.Далее поместите двойную экспозицию CCD-камеры перпендикулярно световому листу для записи изображений для PIV. Прикрепите объектив к камере, включите его и установите его в свободный и непрерывный режим. Грубо сосредоточьте камеру PIV на объекте турбулентного потока.Отрегулируйте диафрагму и положение камеры до тех пор, пока изображение не будет меньше или близко к желаемым границам светового листа. Затем выключите камеру и включите лазер с низкой интенсивностью. Подтвердите, что световой лист перпендикулярен полу, а затем поместите калибровочную цель, отмеченную сеткой, точно в центре светового листа.Важно обеспечить, чтобы камера PIV перпендикулярно световой лист и что световой лист перпендикулярно полу или нижней части объекта. Некорректность приводит к неправильным проекциям скорости и, следовательно, к ошибке скорости жидкости. Выключите лазер и включите камеру.Сосредоточьте камеру на цели калибровки и захватит одно изображение. Откройте изображение в программном обеспечении для обработки изображений и подтвердите, что расстояние между строкой, высотой и столбецом соответствует цели. Размеры угловых маркеров должны отличаться не более чем на один пиксель и в идеале они должны быть идентичными.Если изображение соответствует этим критериям, удалите цель калибровки. Установите сетку и запустите объект. Затем ввести около столовой ложки полный частиц трассировщика PIV в жидкость.Подождите, пока трассировщики и жидкость хорошо смешаны, прежде чем продолжить. Затем включите лазер и установите его на внешнее управление и высокую мощность. Выключите свет комнаты и захват пары изображений для оценки плотности трассировщика.Постепенно увеличиваем концентрацию трассировщика на чайную ложку до желаемой плотности зрения. Затем установите частоту кадров камеры PIV до максимально возможного значения и установите время между последовательными изображениями PIV. Подтвердите, что лазер настроен соответствующим образом.Затем выключите свет и соберите данные в свободном режиме в течение нескольких секунд. Cross соотносит пары изображений и подтверждает, что полученные данные хорошего качества. Остановите колебания сетки после завершения.Чтобы приступить к настройке отслеживания 2D частиц, поместите монохромный светодиодный индикатор линии под объект осцилляции сетки, так что световой лист будет по центру в пределах светодиодной линии. Включите светодиодный свет линии и лазер на низкой мощности. Подтвердите, что световой лист и линейный свет хорошо выровнены, а затем выключите их.Затем прикрепите объектив к высокоскоростной камере CMOS, которая будет использоваться для отслеживания частиц. Включите камеру в свободном непрерывном или живом режиме, и грубо сосредоточить его на области интересов. Отрегулируйте высоту и расстояние диафрагмы камеры слежения за частицами до тех пор, пока область интереса не будет с ее полем зрения и камера не будет уровневой и перпендикулярной линии света.Выключите камеру. Включите линейный свет и поместите калибровочную цель в центр линии света. Затем выключите линейный свет, включите камеру и сосредоточьте ее на цели.Захват изображения цели калибровки и подтвердить, что камера отслеживания частиц является уровне, перпендикулярно цели и в фокусе без искажения изображения по краям. Удалите цель калибровки после этого. Затем установите количество высокоскоростных изображений, которые будут собраны.Основываясь на ожидаемой скорости частиц, установите частоту кадров и разрешение до значений, которые должны достичь смещения частиц от трех до 10 пикселей между изображениями. Установите сетку, включите светодиодный свет линии, и затемнить комнату. Запустите колебания сетки и ввемите небольшую часть частиц, представляющих интерес, в поток.Когда частицы появляются на высокоскоростной камере, захвати несколько кадров. Важно, чтобы следы частиц были хорошо видны на изображениях, что указывает на то, что частицы остаются в плоскости и не часто пересекаются. Несоблюдение этих критериев приведет к неспособности точно отслеживать частицы.Подтвердите, что видимых входных эффектов нет, перекрытие частиц происходит нечасто, а движение частиц происходит в основном в плоскости. Остановить колебания, когда закончите. Для начала окончательной калибровки, с затемненным светом место калибровки цели в светодиодных и лазерных световых листов.Выключите лазер и светодиод и включите огни комнаты. Убедитесь, что цель калибровки находится в фокусе в рамках foVs камеры, и имеет уникальный знак, видимый для обеих камер. Захват изображения цели калибровки на обеих камерах.Обратите внимание на соответствующие размещения уникального знака, и подтвердить, что камеры по-прежнему уровне и не показывают искажения по краям. Затем удалите цель калибровки, установите сетку и запустите колебание. Пусть он работает, по крайней мере 20 минут, чтобы поток, чтобы достичь стабильного состояния.Затем затемните комнату, включите светодиодный свет линии и ввемите частицы в поток. Одновременно запускайте лазерные импульсы и получение изображений для обеих систем, когда частицы появляются в камере слежения за частицами FOV. Когда сбор данных закончен, сохраните изображения и остановите колебания сетки.Проанализируйте распределение скорости потока и траектории частиц. Изображения PIV могут быть обработаны в мгновенной скорости жидкости и распределения вихревости. Здесь распределение вектора скорости жидкости накладывается на цветную карту вихрей.При такой настройке величина пространственного среднего корневого среднего квадратного колебания скорости жидкости над полем зрения PIV должна увеличиваться с частотой колебаний как для горизонтальных, так и для вертикальных компонентов скорости. Траектории и скорости частиц можно определить по высокоскоростным изображениям отслеживания частиц. Распределение скоростей частиц должно быть примерно гауссианом.Здесь более крупные частицы неправильной формы обычно показывали распределение скорости частиц с большими стандартными отклонениями, чем у меньших сферических частиц. Хотя оба набора частиц показали распределение с большими средними вертикальными скоростями и большими стандартными отклонениями по мере увеличения скорости колебаний сетки. Застойный поток, оседает скорость синтетических частиц, промышленного песка и локально собранного песка, определяемого по их траекториям частиц, что примерно согласовано с кривыми Дитриха.Тенденция к увеличению скоростей оседание частиц с частотой колебаний сетки была дополнительно изучена в последующем анализе. Одновременное оптическое измерение кинетики частиц и динамики жидкости, в частности турбулентности, является сложной задачей из-за возможности вмешательства между двумя методами визуализации, что приводит к неточностям измерения. Потоки, которые сильно трехмерные не очень хорошо подходят для этой техники, потому что из плоскости движений будет производить ошибки в обоих 2D отслеживания и анализа велоциметрии частиц.Концентрация отслеживаемых частиц должна быть относительно низкой, чтобы максимизировать уверенность в том, что одна и та же частица отслеживается на последовательных изображениях. Кроме того, отслеживаемые трассировщики PIV и отслеживаемые частицы должны быть достаточно разными по размеру, чтобы различать их. Интеграция информации о скорости потока с траекторией частиц зависит от того, что изучается.Например, этот метод может также изучить скорость потока в определенных случаях во времени по траектории частицы. Этот метод был продемонстрирован с транспортировкой отложений, приложение для движения наук, но это актуально во многих приложениях, где поток жидкости взаимодействует с природными или искусственных частиц.

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

Тепловые методы измерения в аналитической микрофлюидных устройств

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

Разработка экспериментальной установки для измерения коэффициента восстановления в условиях вакуума

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

Измерение рассеяния нелинейности из Единого Плазмонное наночастицы

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

Методы измерения ориентации и Скорость вращения 3D-распечатаны Частицы в Турбулентность

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

Трехмерная Velocimetry Отслеживание частиц для Турбулентность Области применения: Случай струйного потока

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

Оптическая ловушка Загрузка Диэлектрические микрочастицами In 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

Поколение под контролем размер поли (этиленгликоля) Diacrylate каплями через Semi-3-мерной потока упором Microfluidic приборы

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

Разработка метода бесконтактной резонансной полости Dielectric Спектроскопические исследования целлюлозной бумаги

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

Измерение Sub-23 Нанометровые реальные выбросы номеров вождения с помощью портативной системы выборки DownToTen

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

Решение Выдувное прядение полимерных нанокомпозитных волокон для средств индивидуальной защиты

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