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

Bu eser bölümlerini II-VI Vakfı ve kıyı Carolina Professional geliştirme Grant tarafından desteklendi. Ayrıca Corrine Jacobs, Marek Jendrassak ve William tüccar için deneysel kurulum yardımı kabul etmek istiyoruz.

Not: Bütün personel güvenli kullanımı ve sınıf IV lazerler de olduğu gibi güvenli kullanımı işleyişi ve işletme el ve güç araçları eğitim.
1. deneysel Set-up
<ol><li>PIV Kur
	<ol><li>Çift kafalı lazer ve optik ayarlayın.<ol>
<li>Lazer optik bir tabağa yerleştirin. Lazer saygı ile tesisin alt (veya dikey hızları yerçekimi ivmesi ile hizalı olması istenirse zemin açısından) düzeyinde ve lazer ışını yansıması için 2B düzleme Merkezi ile...

<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>

Burada anlatılan yöntem nispeten ucuz ve aynı anda parçacık yörüngeler ve türbülans akış etkisi parçacık kinematik incelemek için ölçmek için basit bir yol sağlar. Bu akışı veya güçlü üç boyutlu parçacık hareketleri bu teknik için uygun olmadığını söylemeyi dikkat çekicidir. Uçak hareket izleme 2D ve PIV analiz hataları17 neden olur ve indirilmelidir. Ayrıca, yöntem (sırasına parçacıklar PT resim başına onlarca) nispeten düşük olarak izlenen parçac?...

Türbülanslı akış, parçacıklar davranışını örneğin ilgili bilimsel ve mühendislik alanlarında uygulamaları, aerosoller atmosfer, kirleticiler ve/veya çökeller mühendislik sistemleri ve deniz, çok sayıda var mikroorganizmalar veya tortu okyanus1,2,3. Bu tür uygulamalar genellikle nasıl partiküller parçacık kinematik ve akışkanlar dinamiği eş zamanlı ölçüm gerektirir türbülans için yanıt anlamak ilgi olacaktır.
Parçacık hareketleri, bireysel parçacık yörüngeler ve partikül imaj velosimetri4,5 (PIV) istatistiksel teknik takip izleme (PT), ivmelendirici ölçmek için mevcut teknolojilerin akışı ölçmek için kullanılan hızları, her ikisi de non-müdahaleci optik teknikleri dahil. Aynı anda hem akışı ve parçacık kinematik ölçmek için bu non-müdahaleci optik teknikleri kullanarak ana diğer ölçüm doğruluğu (ile müdahale edemezsin her görüntüleme tekniği için gerekli ayrı aydınlatma mücadeledir Örneğin, parçacık kinematik ölçme aydınlatma kaynağı önemli gürültü kaynağı sıvı hız ölçüm ve ahlak bozukluğu-çok yönlü olarak rol yapamaz). Görüntü kontrastı görüntülerin her iki kümedeki güvenilir sonuçlar elde etmek için yeterli olması gerekir. Örneğin, PT resim parçacık konumlarını belirlemek için bir blob analizi gerçekleştirmek için siyah beyaz görüntülere dönüştürülür; Böylece, yetersiz kontrast parçacık pozisyon hatalara yol açar. Zavallı kontrast PIV görüntüleri miktarda yanlışlıklar akışkan hızları tahmininde neden olacak bir düşük sinyal gürültü oranı.
Burada, aynı anda her iki parçacık kinematik ve akış hızları ölçmek için nispeten düşük maliyetli ve basit bir yöntem açıklanmıştır. Yüksek güçlü bir monokromatik ışık yayan diyot (LED) satırı ışık, nerede satır ışık diyafram ve çift kafalı yüksek yoğunluktaki lazer başvurur, kullanımı ile faiz ve akışı alan her iki parçacıkların aynı bölgede aynı anda görüntüsü. LED yüksek güç yüksek hızlı kamera tarafından (Zincirli) parçacıkların görüntüleme için yeterlidir ama PIV tarayıcıları dağınık ışık yoğunluğu çok düşük olduğundan PIV görüntüleri etkisi yoktur. Ne zaman bir kısa zaman aralığı üzerinde oluşur akışı alan PIV görüntüler için çift kafalı yüksek yoğunluktaki lazer aydınlatan ve bu görüntüleri kolayca belirlenir ve bunlar kaydedilir zaman yüksek hızda PT kamera tarafından elde edilen zaman serisinden kaldırıldı. PIV lazer bakliyat serisi iki sistem birbirleriyle orantılı çerçeve kazanım hesaplı çalıştırarak değil minimize edilebilir yüksek hızlı görüntü (parçacık izleme için kullanılan) zamanında kaydedildi. Daha gelişmiş ayarlar içinde bir harici PT ve PIV fotoğraf makinesi bu değil durum sağlayacak bir gecikme ile tetikleyebilir. Son olarak, tarafından dikkatli bir değerlendirme parçacıklar PIV görüş alanı içinde (FOV) izlenen tutarın PIV görüntüleri korelasyon analizinde izlenen bu parçacıklar tarafından tanıtılan hataları zaten dikkate genel hata tahmini tarafından alınır, PIV izleyiciler sorgu penceresi içinde olmayan evrensel boyutu dağılımı ile ilişkili dahil hatalar. İzleyiciler tohum PIV büyük çoğunluğu akış, doğru akış hızı tahminleri verimli izliyorsunuz. Bu teknikler her iki parçacık kinematik ve akış alanı iki boyutlu düzlemde aynı anda doğrudan ölçümü etkinleştirin.
Bu çalışmalarda Yang ve utangaç6 ve Jacobs ve ark. tarafından kullanılan benzer bir türbülanslı akış özellikleri yerleşme parçacık belirlemek için uygulayarak bu teknik gösterilmiştir 7. parçacık yerleşme genellikle tortu süspansiyon, taşıma ve yerleşme oluşan sediment taşıma son aşamasında olduğunu. Türbülanslı akış içinde yerleşme parçacık ele sahip çoğu önceki çalışmaları, ya parçacık yörüngeleri veya çalkantılı hızları değil doğrudan ölçülür ama teorik olarak anlaşılmaktadır veya8,9,10modellenmiştir. Parçacıklar ve türbülans arasındaki etkileşimleri ile ilgili ayrıntılar en sık araştırdık her ikisi de aynı anda ölçüm deneysel sınırlamaları nedeniyle teorik ve sayısal modeller kullanarak6,11. Biz nereye biz çalışma dispersiyon hız parçacıklar ve onların kaplin türbülans ile salınan bir kılavuz tesiste bir parçacık-türbülans etkileşimi örnek çalışma mevcut. Anlaşılır olması için bundan sonra biz parçacıklar "parçacıklar" ve "izleyiciler"; PIV tekniği için kullanılan tohum parçacıklar olarak soruşturma altında sevk edecektir Ayrıca, biz parçacık yörüngeleri yüksek hızlı görüntüleme "parçacık izleme", "PT" veya "yüksek hızlı görüntü" ve "PIV kamera" PIV yöntemi için kullanılan kamera ölçer, "yüksek hızlı" fotoğraf makinesi olarak kullanılan kamera sevk edecektir, "resimler" ölçer. Burada açıklanan yöntemi parçacıklar kinematik ve akışkanlar dinamiği eş zamanlı ölçüm tesis içinde ilgi önceden tanımlanmış bir alan sağlar. Elde edilen verileri parçacık-türbülans etkileşimi iki boyutlu bir açıklamasını sağlar.

<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

Türbülanslı akış, kirleticiler, deniz mikro-organizmalar, ve/veya çökeller okyanus, veya akışkan Yataklı reaktörler ve yanma süreçlerinde gibi parçacıklar kinematik anlayış bilimsel ve mühendislik alanlarında çok sayıda sorunları dahil Mühendislik sistemleri. Türbülans etkisi böyle akar parçacıklar kinematik çalışma için akış ve parçacık kinematik simultane ölçümleri gereklidir. Non-müdahaleci, optik akış ölçüm teknikleri türbülans ölçmek için veya parçacıklar, izleme için bulunmaktadır, ancak her ikisi de aynı anda ölçme teknikleri arasında girişime nedeniyle zor olabilir. Burada sunulan yöntem akışı ve parçacık kinematik simultane ölçümleri yapmak için düşük maliyetli ve nispeten basit bir yöntem sağlar. Bir kesit akış hızı ölçüm uçak için iki bileşenleri sağlar bir parçacık görüntü velosimetri (PIV) tekniği kullanılarak ölçülür. Geniş puls lazer tarafından dijital bir kamera görüntüsü numaralı seribaşı akışı alanı aydınlatma için bu tekniği kullanır. Parçacık kinematik aynı anda yansıma kullanarak bir ışık yayan diyot (LED) LINE lambasının düzlemsel bir kesit PIV alan bakış açısı ile (FOV) ile çakışıyor akışı aydınlatır. LINE lambasının yeterince düşük PIV ölçümleri etkilemez, ama yeterince güçlü ilgi büyük parçacıkların aydınlatmak için yüksek hızlı kamera kullanarak yansıma gücüdür. Lazer bakliyat üzerinden PIV tekniği içeren yüksek hızlı görüntüler her yüksek hızlı görüntü toplanan yoğunluk düzeyini incelenerek kolayca süzülür. Yüksek hızlı kamera kare hızı o PIV kamera kare hızı ile incommensurate yaparak, yüksek hızlı zaman serisi kirlenmiş kare sayısı en aza indirilebilir. Teknik ağırlıklı olarak iki boyutlu ortalama akışları için uygundur, en az 5 kez izleyiciler tohum PIV ortalama çapı ve konsantrasyon düşüktür parçacıklar içerir.

Deneysel kurulumunun şematik Resim 1' de gösterilen. Rakam ışık sayfaları (LED ve lazer) düzenlenmesi, çakışmayı çubuk ya da FOVs ve FOVs salınan kılavuz ve tank duvarlar göreli konumunu gösterir. Türbülans ve parçacıklar Protokolü bölümünde açıklandığı gibi aynı anda ölçülür. Şekil 2 anlık hız ve vorticity ile birlikte örnek parçacık yörüngeleri ölçümleri örnek sonuçlarını göster...

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

Burada açıklanan teknik parçacık kinematik ve türbülans akar düşük parçacık konsantrasyonları ile eşzamanlı olarak ölçmek için düşük maliyetli ve nispeten basit bir yöntem sunar. Türbülans partikül imaj velosimetri (PIV) ölçülür ve parçacık kinematik bir örtüşen alan bakış açısı yüksek hızlı kamera ile elde edilen görüntüler üzerinden hesaplanır.

Eş zamanlı ölçüm türbülans ve akış görüntüleme teknikleri kullanarak parçacık kinematik

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

Hem mühendislik hem de doğa biliminde çok sayıda alan sıvı parçacık etkileşimi ile ilgili sorunları içerir. Bu yöntem, hem parçacık yörüngelerinin hem de akış hızlarının nispeten düşük maliyetli, müdahaleci olmayan eşzamanlı optik ölçümsağlar. Burada tortu parçacıklarının çalkantılı bir akıştaki yerleşme hızlarını ölçer, parçacık yörüngelerinin ayrıntılı karakterizasyonuna olanak sağlarken aynı zamanda aynı konumdaki türbülanslı hızları ölçeriz.Parçacık görüntü velocimetry kurulum başlamak için, akış tesisi doğrultusunda, bir optik plaka üzerinde yatay düzeyde bir çift kafa yüksek yoğunluklu darbe lazer düzeltmek. Salınım lı ızgaranın altında olacak 2B ışık düzlemi üretmek için lazerle aynı hizaya silindirik bir lens yerleştirin. Daha sonra silindirik lensten sonra 5 ila 1 milimetre kalınlığında bir ışık tabakası oluşturacak bir mesafede küresel bir mercek yerleştirin.Ardından, PIV için görüntüleri kaydetmek için ışık sayfasına dik bir çift pozlama CCD kamera yerleştirin. Kameraya bir lens takın, açın ve serbest ve sürekli modda ayarlayın. PIV kamerayı çalkantılı akış tesisine odakla.Diyafram açıklığını ve kamera konumunu, görüntü istenilen ışık sayfası sınırlarından daha küçük veya yakın olana kadar ayarlayın. Ardından kamerayı kapatın ve lazeri düşük yoğunlukta açın. Işık tabakasının zemine dik olduğunu doğrulayın ve ardından ışık sayfasının tam ortasına ızgarayla işaretlenmiş bir kalibrasyon hedefi yerleştirin.PIV kameranın ışık tabakasına dik olduğundan ve ışık tabakasının zemine veya tesis dibine dik olduğundan emin olmak önemlidir. Yanlış hizalama, yanlış hız projeksiyonları ve dolayısıyla akışkan hız hatası ile sonuçlanır. Lazeri kapatın ve kamerayı tekrar açın.Kamerayı kalibrasyon hedefine odakla ve tek bir görüntü çekin. Görüntü işleme yazılımında görüntüyü açın ve satır, yükseklik ve sütun aralığının hedef genelinde tutarlı olduğunu onaylayın. Köşe işaretçisi boyutları en fazla bir piksel farklı olmalı ve ideal olarak, onlar aynı olmalıdır.Görüntü bu ölçütleri karşılıyorsa, kalibrasyon hedefini kaldırın. Şebekeyi kurun ve tesisi çalıştırın. Sonra sıvı piv izleyici parçacıkları dolu bir çorba kaşığı hakkında tanıtmak.Devam etmeden önce izleyiciler ve sıvı iyice karıştırılana kadar bekleyin. Sonra lazer açın ve dış kontrol ve yüksek güç ayarlayın. Oda ışıklarını kapatın ve izleyici yoğunluğunu değerlendirmek için bir görüntü çifti yakalayın.Yavaş yavaş istenilen görsel yoğunluğuna çay kaşığı dolu tarafından izleyici konsantrasyonu artırmak. Ardından, PIV kamera kare hızını mümkün olan en yüksek değere ayarlayın ve ardışık PIV görüntüler arasındaki süreyi ayarlayın. Lazerin uygun şekilde yapılandırıldığından onaylayın.Ardından ışıkları kapatın ve birkaç saniye boyunca serbest modda veri toplayın. Görüntü çiftlerini çapraz bağlayın ve elde edilen verilerin kaliteli olduğunu onaylayın. Bittiğinde ızgara salınımını durdurun.2B parçacık izleme yi ayarlamaya başlamak için, ışık tabakasının LED hattı içinde ortalanması için salınım ızgarası tesisinin altına monokromatik LED çizgi ışığı yerleştirin. LED hat ışığını ve lazeri düşük güçte açın. Işık tabakasının ve çizgi ışığının iyi hizalanmış olduğunu doğrulayın ve kapatın.Sonraki parçacık izleme için kullanılacak bir CMOS yüksek hızlı kamera bir lens takın. Kamerayı ücretsiz sürekli veya canlı modda açın ve kaba bir şekilde ilgi bölgesine odakla. Parçacık izleme kamerası diyafram yüksekliği ve mesafesini, ilgi alanı yla ve kamera çizgi ışığına dik ve düz olana kadar ayarlayın.Kamerayı kapat. Hat ışığını açın ve kalibrasyon hedefini hat ışığının ortasına yerleştirin. Ardından hat ışığını kapatın, kamerayı açın ve hedefe odaklayın.Kalibrasyon hedefinin bir görüntüsünü yakalayın ve parçacık izleme kamerasının düz, hedefe dik ve kenarlarda görüntü bozulması olmadan odakta olduğunu doğrulayın. Daha sonra kalibrasyon hedefini kaldırın. Ardından toplanacak yüksek hızlı görüntülerin sayısını ayarlayın.Beklenen parçacık hızına bağlı olarak, kare hızını ve çözünürlüğü, görüntüler arasında üç ila 10 piksel parçacık deplasmanı elde etmesi gereken değerlere ayarlayın. Izgarayı kurun, LED hattı ışığını açın ve odayı koyulaştırın. Izgara salınımını başlatın ve ilgi parçacıklarının küçük bir kısmını akışa tanıtın.Parçacıklar yüksek hızlı kamerada göründüğünde, birkaç kare yakalayın. Parçacık izlerinin görüntülerde açıkça görülebilmesi, parçacıkların düzlemde kaldığını ve sık sık örtüşmediğini belirtmesi önemlidir. Bu ölçütlerin karşılanmaması parçacıkların doğru bir şekilde izlenememesine neden olur.Görünür bir giriş etkisi olmadığını, parçacık çakışması seyrek olduğunu ve parçacık hareketinin öncelikle düzlemde olduğunu doğrulayın. Bittiğinde salınımı durdurun. Son kalibrasyona başlamak için, ışıklar soluk la birlikte kalibrasyon hedefini LED ve lazer ışık levhaları içine yer.Lazeri ve LED'i kapatın ve oda ışıklarını açın. Kalibrasyon hedefinin kamera FOV'ları içinde odakta olduğundan ve her iki kamera için de görülebilen benzersiz bir işaretolduğundan emin olun. Her iki kamerada da kalibrasyon hedefinin görüntüsünü yakalayın.Benzersiz işaretin ilgili yerleşimlerine dikkat edin ve kameraların hala düz olduğunu ve kenarlarda herhangi bir bozulma gösterolmadığını doğrulayın. Ardından kalibrasyon hedefini kaldırın, ızgarayı kurun ve salınımı başlatın. Akışın sabit bir duruma ulaşması için en az 20 dakika çalışmasına izin verin.Daha sonra odayı koyulaştırın, LED hat ışığını açın ve parçacıkları akışa tanıtın. Parçacıkizleme kamerası FOV'da parçacıklar göründüğünde aynı anda lazer darbeleri ve her iki sistem için görüntü edinimi başlatın. Veri toplama tamamlandığında, görüntüleri kaydedin ve ızgara salınımını durdurun.Akış hızı dağılımını ve parçacık yörüngelerini analiz edin. PIV görüntüleri anlık sıvı hızı ve girdap dağılımları içine işlenebilir. Burada akışkan hız vektör dağılımı bir girdap renk haritası üzerine kaplanır.Bu kurulumile, hem yatay hem de dikey hız bileşenleri için salınım frekansı ile birlikte, piv görüş alanı üzerindeki kök ortalamasının ortalama karesıvı hızı dalgalanmasının büyüklüğü artmalıdır. Parçacık yörüngeleri ve hızları yüksek hızlı parçacık izleme görüntülerinden belirlenebilir. Parçacık hızlarının dağılımı kabaca gaussian olmalıdır.Burada daha büyük düzensiz şekiller parçacıklar genellikle küçük, küresel parçacıklar daha büyük standart sapmaları ile parçacık hız dağılımları gösterdi. Her iki parçacık kümesi de ızgara salınım hızı arttıkça daha büyük ortalama dikey hızlara ve daha büyük standart sapmalara sahip dağılımlar gösterse de. Sentetik parçacıkların, endüstriyel kumların ve parçacık yörüngelerinden belirlenen yerel olarak toplanan kumların durgun akışı Dietrich eğrileriyle kabaca aynı fikirdedir.Daha sonraki analizlerde, ızgara salınım frekansı ile hızları arttırmaya yerleşen parçacıkların eğilimi daha fazla araştırıldı. Hem parçacık kinetik hem de akışkandinin eşzamanlı optik ölçümü, özellikle türbülans, iki görüntüleme tekniği arasında girişim potansiyeli nedeniyle zordur ve ölçüm yanlışlıklar ile sonuçlanır. Üç boyutlu olan akışlar bu teknik için uygun değildir, çünkü düzlem dışı hareketler hem 2B izlemede hem de parçacık velocimetry analizinde hatalara neden olur.İzlenen parçacıkların konsantrasyonu, aynı parçacığın ardışık görüntülerde izlendiğinin güvenini en üst düzeye çıkarmak için nispeten düşük olmalıdır. Ayrıca, PIV izleyicileri ve izlenen parçacıklar onları ayırt etmek için boyut olarak yeterince farklı olmalıdır. Akış hızı bilgilerinin parçacık yörüngesi ile bütünleşmesi araştırılan şeye bağlıdır.Örneğin, bu yöntem, parçacığın yörüngesi boyunca belirli durumlarda akış hızlarını da inceleyebilir. Bu teknik, hareket bilimleri için bir uygulama olan tortu taşıma ile gösterilmiştir ancak sıvı akışının doğal veya insan yapımı partiküllerle etkileştiği birçok uygulamada önemlidir.

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

Analitik mikroakışkan Cihazlar Termal Ölçme Teknikleri

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

Vakum Koşullarında Restitüsyon katsayısı ölçümü için bir deneysel Kur Geliştirilmesi

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

Tek plasmonik Nanoparçacığı gelen doğrusal olmayan Saçılma Ölçülmesi

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

Oryantasyon ve dönme hızının ölçülmesi yöntemleri türbülansına tanecikler 3D basılmış

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

Türbülans Uygulamaları için üç boyutlu Parçacık Takip Akımları: Jet Akış Örneği

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

Havada Dielektrik mikropartiküllerin Optik Tuzak Yükleme

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

Poli (etilen glikol) Diacrylate damlacıklar yoluyla yarı-3 boyutlu akış odaklanarak mikrosıvısal cihazlar boyutu kontrol nesil

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

Temassız Rezonans Kavite Dielektrik Spektroskopik Çalışmalar için Yöntem Geliştirme Selülozik Kağıt

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

Taşınabilir DownToTen Örnekleme Sistemi Kullanılarak Alt-23 Nanometre Gerçek Sürüş Parçacık Numarası Emisyonlarının Ölçülmesi

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

Kişisel Koruyucu Ekipmanlar için Polimerik Nano-Kompozit Liflerin Çözelti Üfleme İpliği

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