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

Delar av detta arbete var stöds av stiftelsen II-VI och Coastal Carolina Professional Enhancement bidraget. Vi vill också erkänna Corrine Jacobs, Marek Jendrassak och William Merchant för hjälp med den experimentella setup.

Obs: All personal bör utbildas i säker användning och drift av klass IV lasrar samt liksom säker användning och drift av hand och power tools.
1. experimentella Set-up
<ol><li>PIV setup
	<ol><li>Ställ in dual head laser och optik.<ol>
<li>Placera lasern på en optisk tallrik. Nivå laser med avseende på botten av anläggningen (eller med avseende på marken om man vill ha vertikala hastigheter i linje med gravitationsacceleration) och justera lodrätt laserstrålen me...

<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 metod som beskrivs häri är relativt billig och ger ett enkelt sätt att samtidigt mäta partikel banor och turbulens för att undersöka påverkan av flödet på partikel kinematik. Det är anmärkningsvärt att nämna att flöden eller partikel rörelser som är starkt tredimensionella inte är väl lämpade för denna teknik. Den ute-av-plan rörelsen kommer att resultera i fel17 i både 2D tracking och PIV analys och bör minimeras. Metoden kräver dessutom koncentrationen av spårade par...

Det finns ett stort antal tillämpningar inom både vetenskapliga och tekniska områden som involverar uppförandet av partiklar i turbulenta flöden, till exempel, aerosoler i atmosfären, föroreningar eller sediment i specialkonstruerade system och marine mikroorganismer eller sediment i ocean1,2,3. I sådana program är det ofta av intresse att förstå hur partiklarna bemöta turbulens, vilket kräver samtidig mätning av partikel kinematiken och fluiddynamik.
Befintlig teknik att mäta partikel rörelser, kallas particle tracking (PT), som spårar enskild partikel banor, och den statistiska tekniken particle image velocimetry4,5 (PIV), används för att mäta flöde hastigheter, både införliva icke-störande optiska tekniker. Den största utmaningen i att använda dessa icke-störande optiska tekniker för att mäta både flöde och partikel kinematik samtidigt är separat belysning krävs för varje bildteknik som inte kan störa varandras mätning noggrannhet) t.ex. belysning källa för att mäta partikel kinematik inte fungera som en betydande bullerkälla i vätska hastighet mätning och vice versa). Avbildakontrasten i båda uppsättningar av bilder måste vara tillräcklig för att få tillförlitliga resultat. Till exempel konverteras PT bilderna till svartvita bilder för att utföra en blob-analys för att avgöra partikel positioner; Således, otillräcklig kontrast leder till fel i partikel position. Dålig kontrast i PIV bilder uppgår till en låg signal-brus-förhållande som kommer att orsaka felaktigheter vid uppskattning av flytande hastigheterna.
Här beskrivs en relativt låg kostnad och enkel metod för att samtidigt mäta både partikel kinematik och flöde hastigheter. Genom användning av en högeffekts monokromatiska ljusavgivande diod (LED) linje ljus, där refererar raden till ljusöppningen och dual head hög intensitet laser, är båda partiklarna av intresse och fältet flöde avbildade i samma region samtidigt. Den high power LED är tillräcklig för bildtagning av (spårade) partiklar av höghastighetståg kameran men påverkar inte PIV bilderna eftersom ljusintensiteten utspridda från PIV spårämnen är för låg. När dual head hög intensitet laser lyser upp fältet flöde för PIV bilderna, det sker över ett kort tidsintervall och dessa bilder är lätt identifieras och tas bort från den tidsserie som erhållits av höghastighetståg PT kameran när de registreras. PIV laser pulser registrerats i hög-fart bild (används för partikel spårning) tiden serien kan minimeras genom att inte köra de två systemen vid förvärvet bildhastigheter som står i proportion till varandra. I mer avancerade uppställningar utlösa en externt PT och PIV kameror med en fördröjning som skulle säkerställa att detta inte sker. Slutligen av noggrant övervägande av mängden partiklar som spåras inom PIV synfältet (FOV), beaktas eventuella fel som införs genom dessa spårade partiklar i korrelation analysen av PIV bilder redan av den övergripande fel uppskattningen, inklusive fel i samband med icke-enhetlig storlek distribution av PIV spårämnen i fönstret för förhör. Majoriteten av de PIV sådd spårämnen följer flödet, vilket ger korrekt flöde hastighet uppskattningar. Dessa tekniker möjliggör samtidiga direkt mätning av både partikel kinematik och flöde fältet i ett tvådimensionellt plan.
Denna teknik demonstreras genom att tillämpa den för att avgöra partikel lösa egenskaper i en turbulent flöde, liknande den som används i studier av Yang och blyg6 och Jacobs et al. 7. partikel lösa är den sista etappen i sedimenttransport, som består i allmänhet av sediment suspension, transport och lösa. I de flesta tidigare studier som har adresserat partikel som bosätter sig i turbulenta flöden, antingen partikel banor eller turbulenta hastigheter mäts inte direkt men sluta sig teoretiskt eller modelleras8,9,10. Detaljer om samspelet mellan partiklar och turbulens har oftast undersökts med hjälp av teoretiska och numeriska modeller på grund av de experimentella begränsningarna i mäta båda samtidigt6,11. Vi presenterar en partikel-turbulens interaktion fallstudie i en oscillerande rutnät anläggning, där vi studerar den lösa hastigheten av partiklar och deras koppling med turbulens. För tydlighetens skull hänvisar hädanefter vi till partiklar under undersökningen som ”partiklar” och sådd partiklarna används för PIV tekniken som ”spårämnen”. Dessutom kommer vi att hänvisa till den kamera som används för den av höghastighetsfilmning av partikel trajectoriesen som ”partikel tracking”, ”PT” eller ”high-speed” kamera, som mäter ”snabba bilder” och den kamera som används för metoden PIV ”PIV kameran”, som mäter ”bilder”. Den metod som beskrivs häri möjliggör samtidig mätning av partiklar kinematik och fluiddynamik över ett fördefinierat fält av intresse inom anläggningen. De erhållna uppgifterna ger en tvådimensionell beskrivning av partikel-turbulens interaktionen.

<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

Många problem i vetenskapliga och tekniska områden innebära förståelse partiklar i turbulenta flöden, såsom föroreningar, marina mikroorganismer eller sediment i havet, eller fluidiserad bädd reaktorer och förbränningsprocesser i kinematik specialkonstruerade system. För att studera effekten av turbulens på kinematik av partiklar i sådana flöden, krävs samtidiga mätningar av både flöde och partikel kinematik. Icke-påträngande, optiska flöde mätmetoder för att mäta turbulens, eller för att spåra partiklar, finns men mäta båda samtidigt kan vara utmanande på grund av interferens mellan teknikerna. Metoden presenteras häri ger en låg kostnad och relativt enkel metod för att göra samtidiga mätningar av flöde och partikel kinematik. Ett tvärsnitt av flödet mäts med en partikel image velocimetry (PIV) teknik, som ger två komponenter av hastighet i mätning planet. Denna teknik använder en pulsad laser för belysning av fältet seedade flöde som är fotograferad av en digital kamera. Partikel kinematik är samtidigt avbildas med hjälp av en ljusavgivande diod (LED) linje ljus som belyser ett plana tvärsnitt av flödet som överlappar den PIV field-of-view (FOV). Line ljuset är tillräckligt låg makt att det inte påverkar PIV mätningarna, men tillräckligt kraftfull för att belysa de största partiklarna av intresse avbildas med hjälp av höghastighets kamera. Snabba bilder som innehåller laser pulserna från PIV tekniken filtreras enkelt genom att undersöka den summerade intensitetsnivån i varje höghastighetståg bild. Genom att göra bildhastigheten för höghastighetskamera merarbete med bildfrekvensen PIV kamera, kan antalet förorenade ramar i höghastighetståg tidsserien minimeras. Tekniken är lämplig för genomsnittlig flöden som är huvudsakligen tvådimensionell, innehåller partiklar som är minst 5 gånger den PIV sådd spårämnen genomsnittlig diameter och låg koncentration.

En Schematisk bild av den experimentella setup visas i figur 1. Figuren visar ordningen av ljus ark (LED och laser), överlappningen i FOVs och placera av FOVs i förhållande till den oscillerande rutnät och tank väggar. Den turbulens och partiklar mäts samtidigt som beskrivs i avsnittet protokoll. Figur 2 visar exempel på resultat av mätningar av momentan hastighet och vorticity tillsammans med provet partikel banor. Resul...

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 som beskrivs häri erbjuder en låg kostnad och relativt enkel metod för att samtidigt mäta partikel kinematik och turbulens i flöden med låga partikel koncentrationer. Turbulensen mäts med particle image velocimetry (PIV) och partikel kinematik beräknas från bilder tagna med en höghastighetskamera i en överlappande field-of-view.

Samtidig mätning av turbulens och partikel kinematik använder Flow Imaging tekniker

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

Många områden inom både teknik och naturvetenskap innebär problem i samband med flytande partikel interaktion. Denna metod ger en relativt låg kostnad, icke-påträngande samtidig optisk mätning av både partikelbanor och flödeshastigheter. Här mäter vi sedimentpartiklarnas sedimentpartiklars sedimentsvedds i ett turbulent flöde, vilket möjliggör detaljerad karakterisering av partikelbanorna samtidigt som de mäter turbulenta hastigheter på samma plats.För att börja partikeln bilden velocimetry setup, fixa en dubbel huvud hög intensitet puls laser horisontellt nivå på en optisk platta, i linje med flödet anläggningen. Placera en cylindrisk lins i linje med lasern för att producera ett 2D-plan av ljus som kommer att vara under det oscillerande rutnätet. Montera sedan en sfärisk lins efter den cylindriska linsen på ett avstånd som kommer att generera ett ljus ark som är 5 till en millimeter tjock.Därefter placerar en dubbel exponering CCD-kamera vinkelrätt mot ljusbladet för att spela in bilder för PIV. Fäst ett objektiv på kameran, slå på den och ställ in den på fritt och kontinuerligt läge. Grovfokusera PIV-kameran på den turbulenta flödesanläggningen.Justera bländaren och kamerans position tills bilden är mindre än eller nära de önskade ljusarkgränserna. Stäng sedan av kameran och slå på lasern med låg intensitet. Bekräfta att ljusbladet är vinkelrätt mot golvet och placera sedan ett kalibreringsmål som markerats med ett rutnät exakt i mitten av ljusbladet.Det är väsentligt att se till att PIV-kameran är vinkelrät mot ljusbladet och att ljusbladet är vinkelrätt mot golvet eller anläggningens botten. Feljustering resulterar i felaktiga hastighetsprognoser, och därmed vätskehastighet fel. Stäng av lasern och sätt på kameran igen.Fokusera kameran på kalibreringsmålet och ta en enda bild. Öppna bilden i bildbehandlingsprogram, och bekräfta att rad-, höjd- och kolumnavståndet är konsekventa över målet. Hörnmarkörens storlekar bör skilja sig med högst en pixel och helst bör de vara identiska.Om bilden uppfyller dessa kriterier tar du bort kalibreringsmålet. Installera nätet, och kör anläggningen. Introducera sedan om en matsked-full av PIV-spårämne partiklar till vätskan.Vänta tills spårämnena och vätskan är väl blandade innan du fortsätter. Slå sedan på lasern och ställ in den på extern kontroll och hög effekt. Stäng av rumslamporna och ta ett bildpar för att utvärdera spårtätheten.Gradvis öka spårämne koncentrationen genom tesked-fulls till önskad visuell densitet. Ställ sedan in PIV-kamerabildhastigheten på högsta möjliga värde och ställ in tiden mellan PIV-bilder i följd. Bekräfta att lasern är konfigurerad på lämpligt sätt.Släck sedan lamporna och samla in data i fritt läge i några sekunder. Kors korrelera bildparen och bekräfta att de förvärvade uppgifterna är av god kvalitet. Stoppa gallrets svängning när den är klar.För att börja ställa in 2D partikelspårning, placera en monokromatisk LED-linjelampa under oscillationsnätanläggningen så att ljusbladet kommer att centreras inom LED-linjen. Slå på LED-linjelampan och lasern på låg effekt. Bekräfta att ljusbladet och linjelampan är väl inriktade och stäng sedan av dem.Nästa bifoga en lins till en CMOS hög hastighet kamera som ska användas för partikel spårning. Slå på kameran i fritt kontinuerligt eller live-läge, och grov fokusera den på den region av intresse. Justera partikel spårning kamerans bländare höjd och avstånd tills den region av intresse är med det är synfält och kameran är nivå och vinkelrätt mot linje ljus.Stäng av kameran. Sätt på linjelampan och placera kalibreringsmålet i mitten av linjelampan. Stäng sedan av linjelampan, sätt på kameran och fokusera den på målet.Ta en bild av kalibreringsmålet och bekräfta att partikelspårningskameran är nivå, vinkelrätt mot målet och i fokus utan bildförvrängning i kanterna. Ta bort kalibreringsmålet efteråt. Ställ sedan in antalet bilder med hög hastighet som ska samlas in.Baserat på den förväntade partikelhastigheten, ställer du in bildhastigheten och upplösningen på värden som ska uppnå partikelförskjutning på tre till tio pixlar mellan bilderna. Installera gallret, slå på LED-linjens ljus och gör rummet mörkare. Starta gallret svängning och införa en liten del av partiklar av intresse i flödet.När partiklarna visas på höghastighetskameran, fånga några bildrutor. Det är viktigt att partikelspåren syns tydligt i bilderna, vilket visar att partiklarna blir kvar i plan och inte ofta överlappar varandra. Underlåtenhet att uppfylla dessa kriterier kommer att resultera i en oförmåga att exakt spåra partiklarna.Bekräfta att det inte finns några synliga ingångseffekter, partikelöverlappning är sällan, och partikelrörelse är i första hand i plan. Stoppa svängningen när den är klar. För att börja den slutliga kalibreringen, med lamporna nedtonade placera kalibreringsmålet inom LED och laser ljus ark.Stäng av lasern och lysdioden och tänd rummets lampor. Se till att kalibreringsmålet är i fokus inom kamerans FOVs, och har ett unikt märke synligt för båda kamerorna. Fånga en bild av kalibreringsmålet på båda kamerorna.Notera relevanta placeringar av det unika märket, och bekräfta att kamerorna fortfarande är nivå och visar ingen distorsion runt kanterna. Ta sedan bort kalibreringsmålet, installera gallret och starta svängningen. Låt det rinna i minst 20 minuter för att låta flödet nå ett stabilt tillstånd.Mörknar sedan rummet, slå på LED-linjelampan och för in partiklarna i flödet. Samtidigt starta laserpulserna och bildanskaffningen för båda systemen när partiklar visas i partikelspårningskameran FOV. När datainsamlingen är klar sparar du bilderna och stoppar rutnätssvängningen.Analysera flödeshastighetsfördelningen och partikelbanorna. PIV-bilderna kan bearbetas till momentana vätskehastighet och vorticitetsfördelningar. Här överlagras vätskehastighetsvektorfördelningen på en vorticity färgar kartlägger.Med denna inställning, bör omfattningen av det rumsliga medelvärdet av rot genomsnittlig kvadrat vätska hastighet fluktuationer över PIV synfält öka med svängningsfrekvens för både horisontella och vertikala komponenter hastighet. Partikelbanor och hastigheter kan bestämmas från de höga bilderna hastighet partikel spårning. Fördelningen av partikel hastigheter bör vara ungefär gaussian.Här formar större ojämnt partiklar visade allmänt partikelhastighetsfördelningar med större standardavvikelser än de av de mindre, sfäriska partiklarna. Även om båda uppsättningar av partiklar visade fördelningar med större medelvärdet vertikala hastigheter och större standardavvikelser som nätet svängningshastighet ökade. Den stillastående flöde sedimentering hastigheter av syntetiska partiklar, industriell sand, och lokalt samlade sand bestäms från deras partikel banor alla ungefär överens med Dietrich kurvor.Tendensen av partiklar som sedimentera hastigheter att öka med rutnät svängning frekvens undersöktes ytterligare i efterföljande analys. Samtidig optisk mätning av både partikelkinetik och vätskedynamik, särskilt turbulens, är utmanande på grund av risken för störningar mellan de två avbildningsteknikerna, vilket resulterar i mätoogkyrkodheter. Flöden som är starkt tredimensionella är inte väl lämpade för denna teknik, eftersom ur plan rörelser kommer att producera fel i både 2D-spårning och partikel velocimetry analys.Koncentrationen av spårade partiklar måste vara relativt låg för att maximera förtroendet för att samma partikel spåras i följd bilder. Även PIV-spårämnen och de partiklar som spåras måste vara tillräckligt olika i storlek för att särskilja dem. Integreringen av flödeshastighetsinformationen med partikelbanan beror på vad som undersöks.Denna metod kan till exempel också undersöka flödeshastigheterna vid specifika instanser i tid längs partikelns bana. Denna teknik visades med sediment transport, en ansökan för rörelsevetenskaper men det är relevant i många tillämpningar där vätskeflödet interagerar med naturliga eller konstgjorda partiklar.

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

Termiska mätteknik i Analytisk mikroflödessystem 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

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

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their ...

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

Mätning av Spridnings olinjäriteter från en enda plasmoniska nanopartiklar

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

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

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

Tredimensionell Partikel Tracking Velocimetry för turbulens Applications: Fallet med en Jet Flow

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

Optisk fälla Loading dielektriska mikropartiklar i luft

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 av storlek-kontrollerade Poly (etylenglykol) Diacrylate droppar via Semi-3-dimensionell Flow fokuserar mikroflödessystem 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

Metodutveckling för kontaktlös resonant hålrum dielektriska spektroskopiska studier av cellulosa papper

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

Mätning Sub-23 Nanometer Verklig drivande partikel nummer utsläpp med hjälp av den bärbara DownToTen provtagningssystem

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

Lösningsblåsspinning av polymera nanokompositfibrer för personlig skyddsutrustning

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