このプロトコルの目的は、詳細な流れフィールドの可視化を可能にし、振動パイプラインによって誘導される平衡調査穴内の近境界せん断および通常の応力の決定を可能にすることです。
このコンテンツを表示するには、JoVEへの購読が必要です。 または、無料トライアルをお申し込みください。
この記事について
サマリー
要約
本論文では、振動パイプラインによって誘導される平衡スカウト穴内の詳細な流れ場の可視化と、近境界せん断と正常応力の決定を容易にする実験的方法を紹介する。この方法は、直線フルーム、パイプライン変位追跡および流れ場測定のための時間分解粒子画像ベロシメトリー(PIV)システムにおけるパイプライン振動システムの実装を含む。振動パイプラインの変位時系列は、相互相関アルゴリズムを使用して取得されます。時間分解PIVを用いて得られた生粒子積み込み画像を処理する手順について説明する。異なる振動相での振動パイプラインの周りの詳細な瞬間流れフィールドは、速度勾配が大きい流れ領域の変位バイアス誤差を回避するために、複数回間隔の相互相関アルゴリズムを使用して計算されます。.ウェーブレット変換技術を適用することにより、同じ振動相を持つキャプチャされた画像は、位相平均速度フィールドが得られる前に正確にカタログ化されます。このホワイト ペーパーで説明するフロー測定手法の主な利点は、時間分解能と空間分解能が非常に高く、パイプラインダイナミクス、流れフィールド、および境界付近の流力応力を同時に得るために使用できることです。この手法を用いることで、振動パイプラインの周囲など、複雑な環境での2次元流れ場のより詳細な研究を行い、関連する高度なスカウトメカニズムをより深く理解することができる。
概要
海底パイプラインは、流体またはハイドロカーボン製品の搬送を目的として、オフショア環境で広く使用されています。パイプラインが浸食可能な海底に置かれると、パイプライン自体の波、電流または動的な動き(強制振動または渦誘発振動)1、2のためにパイプラインの周りのスカウト穴が形成される可能性があります。海底パイプラインの周りのスカウトメカニズムの理解を深めるためには、流流れの乱流フィールドの測定と、パイプライン流体海底相互作用領域内のベッドせん断と正常応力の推定が不可欠です。スカウト穴寸法1、2、3、4、5、6、7の測定値。流れ場が不安定で底辺が荒いため、ベッドせん断と通常の応力が非常に困難な環境では、瞬時に境界付近の応力を測定する(境界より約2mm上)可能性があります。彼らのサロゲート8、9として使用されます。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
プロトコル
1. 実験室の安全チェック
- レーザーおよびフルームシステムの使用に関する安全規則を確認します。
- 実験室の安全訓練の条件が満たされていることを確認してください。
注:この実験では、波長532nmの5W空冷連続波レーザーと、長さ11m、幅0.6m、深さ0.6mのガラス側直流フルーム(図1)を使用しています。これら 2 つの装置の基本的な安全に関する推奨事項は次のとおりです。- テストの前に、レーザー線の反射面の潜在的な反射面を確認してください。レーザー装置を操作する際は安全ゴーグルを着用してください。
- 実験中にレーザー光のレベルで目を離さないようにし、光学要素や反射ツールを取り扱う際には反射レーザー光に注意してください。
- 水ホースが落ちず、煙道から水があふれないようにしてください。
2. フルームおよび海底モデルのセットアップ
- 煙道の真ん中にある浸食可能な海底モデルを準備します。
注:この研究で使用した堆積物材料は、中央粒径d 50 = 0.45 mm、相対水中粒子密度Δ = 1.65および幾何学標準偏差σ g = 1.30の均一に分布した媒体砂であった。 - ....
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
結果
パイプライン変位トラッキングと瞬間速度計算の生画像と処理された画像の比較の例を図 3に示します。図 3bに示すように、未加工画像のシードパーティクルとノイズは除外され、輝くパイプライン エッジが保持され、変位時系列が得られます。図 3cに示すように、シードパーティクル、パイプライン エッジ、および海底サーフェスの周囲の光散乱/反射は、Laplacian フィルターによってフィルタリングされます。振動パイプラインの変位時系列の例を図 4に示します。パイプラインの振動はほぼほぼほぼ同一であり、振動周波数と振幅はそれぞれ0.3Hzと〜50mmです。
図6は、t = 1440分の準平衡精査プロファイルと振動パイプラインの画像の例を示しており、本研究の座標の原点(x -O.......
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
ディスカッション
本論文で提示されるプロトコルは、PIV技術を用いて平衡スカウト穴内の強制振動パイプラインの周りの2次元流れ場の可視化と近境界流力応力場の決定の方法について説明する。設計されたパイプラインモーションはy方向に沿って 1 次元であるため、この目的を達成するためにパイプライン モデルと振動システムを準備および調整することは、成功を収めるために重要な前提条件です。x方向に沿ったパイプラインの望ましくない動きは、非対称の流れフィールドを誘発し、振動パイプラインの周りに穴の形成を探す可能性があります。装置効果に加えて、実験のためのパイプラインの振動周波数と振幅の選択は、パイプラインの周りの対称的な流れ場を誘導するためにも重要です。実際、静止水状態では、Lin et al.31は、衝動的に開始された円形シリンダの背後にある流れ再循環の構造が、非次元時間TD = t DUの場合に対称性を維持できることを示した。 D/D
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
開示事項
著者は何も開示していない。
謝辞
この研究は、中国国立自然科学財団の若手科学者基金(51709082)と中央大学基礎研究基金(2018B13014)によって支援されました。
....アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| カメラ制御ソフトウェア | Vision Research | Phantom PCC 2.6 | カメラ制御、画像データ取得および処理 |
| カメラレンズ | ニコン千代田 | ニコール 60mm、f=2.8 単焦点レンズ | |
| 連続波レーザー | 北京レーザーウェーブオプトエレクトロニクステクノロジー株式会社 | PIVレーザー光源;Nd:YAGレーザー、532 nm;空冷 | |
| 式ハイスピードカメラ | Vision Research | Phantom Miro LAB 320 | 画像データ記録 |
| レーザーシート形成光学系 | Thorlabs Inc | ポイントレーザーを薄いレーザーシートに変換 | |
| パイプラインモデル | ZONCEPZ SOLUTIONS | 直径35mmのアクリルシリンダー | |
| パイプライン振動システム | ZONCEPZ SOLUTIONS | サーバーモーター、2つの接続スプリング、パイプライン支持フレームで構成されています。 | |
| PIV計算ソフトウェア | AXESEA Engineering Technology Limited Co. | PISIOU | 流れ場とパイプライン変位を得るための画像データ処理 |
| PIV播種材料 | しまきゅ | 直径10umのアルミニウム粉末 | |
| 再循環水路 | SZU ENGINEERING PTE LTD | ガラス面、長さ 11 m、幅 0.6 m、深さ 0.6 m | |
| の三脚 | MANFROTTO | SKU MT190GOC4US 410 | Camara 対応 |
参考文献
- Fredsøe, J. Pipeline-seabed interaction. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 142 (6), 03116002(2016).
- Larsen, B. E., Fuhrman, D. R., Sumer, B. M. Simulation of wave-plus-current scour beneath submarin....
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
再版と許可
