תמונה מבוססי Lagrangian החלקיקים מעקב בניסויי מיטה לטעון

המטרה הכוללת של הליך זה היא למדוד את המסלולים של חלקיקים בודדים המועברים על ידי זרימה כעומס מיטה על פני שטח גדול של תצפית כדי למנוע הטיה ניסויית הקשורה לאורך המרבי של מסלולים מדידים. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח במכניקת הובלת עומס מיטה מכיוון שהיא מספקת מידע מפורט על אירועי התנועה והמנוחה של החלקיק. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שניתן לעקוב אחר החלקיקים המועברים למרחקים ארוכים, מה שמאפשר לצפות בבדיקות ארוכות.

הרעיון של השיטה הזו עלה לנו לראשונה כשניתחנו נתונים מניסויים קודמים, כשהבנו שחלקיקים יכולים להיות מועברים למרחקים ארוכים יותר ביחס לחלונות התצפית. ראשית, הכינו סט של לוחות פלדה המכוסים בשכבה של חלקיקי המשקעים המעניינים. מצפים את משטח המשקעים בצבע שחור עמיד במים.

לאחר מכן, הניחו תומכי PVC בתחתית הצינור והניחו את הצלחות על התומכים. התאם את מיקום הצלחת לפי הצורך כדי להבטיח שמצע המשקעים יהיה רציף. ואז מכסים את התעלה במכסים אקריליים שקופים.

הגדר את הצינור למדרון הרצוי. לאחר מכן הפעל את משאבת הצינור ומלא את התעלה במים. הגדר את קצב הזרימה באמצעות שסתום הוויסות.

הגדר את גובה ראש הלחץ מעט מעל מכסי התעלה באמצעות ווסת מי הזנב. ודא שהזרימה מכוסה מבלי להפעיל כוח משמעותי על המכסים. בדוק את קצב הזרימה וגובה ראש הלחץ כל 15 דקות עד שהשינוי בין המדידות קטן, מה שמעיד על זרימה יציבה.

לאחר מכן, התקן פרופיל מהירות קולי במחזיק עם נטייה קבועה מראש. מרחו ג'ל אולטרסאונד על קצה הבדיקה. הנח את הגשושית מעל מכסה הצינור עם זנב הבדיקה לכיוון כניסת התעלה.

מיקום נכון של ג'ל הבדיקה הוא חיוני להשגת פרופילי מהירות טובים לאפיון התנאים ההידרודינמיים ברקע. חבר את הגשושית למודול הרכישה והגדר את המכשיר לפרופילי מהירות מיידיים. רכוש את המספר הרצוי של פרופילי מהירות.

לאחר מכן, הפוך את מיקום הגשושית ורכוש קבוצה נוספת של פרופילי מהירות. רכוש פרופילי מהירות בדרך זו עבור כל מיקום מדידה בשפך. לאחר מכן, חשב את ערך המהירות הממוצע עבור כל מיקום וקבע את מרכיבי המהירות האנכית והזרם.

התאם את הערכים בהתאם למדיום שדרכו עברה הקרן האקוסטית. זהה טווח גבהים שבהם פרופיל רכיבי המהירות מבחינת זרם מראה מגמה ליניארית בעלילה לוגריתמית למחצה. התאם את העקומה למשוואה לוגריתמית והעריך את מהירות הגזירה.

כדי להתחיל בניסוי, הגדר את קצב הפריימים והרזולוציה של שתי מצלמות פעולה לפרמטרים הרצויים. התקן את המצלמות על הקירות הצדדיים של המכסים הפונים לתחתית התעלה קרוב מספיק זה לזה כדי שהאזורים יחפפו את המיקוד. ודא שהצינור מסומן בנקודות ייחוס חזותיות למרחקים ידועים.

הקלט סרטון קצר עם כל מצלמה. בהתבסס על ההקלטות, התאם את מיקומי המצלמה וכיווני המצלמה כדי להבטיח שהערוץ נמצא במסגרת ואזורי המיקוד חופפים. ודא שהזרימה דרך הערוץ יציבה.

לאחר מכן, התחל להזין לאט את החלקיקים המעניינים ביד לתוך כניסת הצינור בקצב של חלקיק אחד כל שתיים-שלוש שניות. אנו מזינים כמות קטנה של משקעים מכיוון שמעט חלקיקים בשדה הראייה חשובים למעקב ישיר אחר משקעים. עם זאת, בפריקות קטנות, חלקיק מסוים עלול להיתקע באזור המיקוד.

התחל להקליט עם שתי מצלמות הווידאו. כבה את אורות החדר כדי ליצור סמן לסנכרון מצלמה מאוחר יותר. שמור על רמת אור קבועה לאורך כל הניסוי.

המשך להזין חלקיקים לתוך הצינור למשך הניסוי הרצוי. לאחר מכן, עצרו את המצלמות והוציאו חלקיקים כלואים ממצע המשקעים. חזור על הניסוי בתנאים הידרודינמיים אחרים לפי הצורך.

כדי להתחיל לעבד את התמונות שחולצו מסרטוני הווידאו, החילו תחילה טרנספורמציה רדיאלית על קואורדינטות הפיקסלים כך שצלעות הצינור יופיעו כקווים ישרים. קבע את ההמרה, מקדם ההמרה מפיקסלים למרחק על סמך גובה המיטה וסמני הייחוס למרחקים ידועים. לאחר מכן, צור רצף תמונות חדש בתוכנת ניתוח התמונות של זרימת הנוזל.

מלא את מרווח הזמן בין המסגרות ואת גורם ההמרה של פיקסל למרחק עבור רצף התמונות. בחר את הקבצים המעניינים והפעל את התהליך. צור מפות עוצמה של בחירה אקראית של תמונות חלקיקים מהרצף.

זהה ערך סף מתאים לעוצמת החלקיקים המעניינים. לאחר מכן, צור צינור סינון עבור הרצף. הגדר את המסנן להסרת רקע.

צור אלגוריתם זיהוי חלקיקים חדש באמצעות סף יחיד. מלא את סף עוצמת החלקיקים והקוטר. הוסף את תהליכי זיהוי החלקיקים לקו הצינור של המסנן ולאחר מכן בצע את התהליכים.

לאחר סיום הסינון, פתח את תצוגת התמונה של רשומת החלקיקים החדשה שנוצרה. גלול בין המסגרות ושים לב לתזוזות החלקיקים בין התמונות. לאחר מכן, צור צינור ניתוח PTV חדש.

צור ניתוח חדש ובחר מרחק בכרטיסייה תמחירים. מלא את המיקום והממדים של חלון החיפוש. הוסף את התהליך החדש לקו הצינור ובצע את התהליך.

השתמש בחיבור מחדש כדי לתקן הפרעות ברשומות החלקיקים הבודדות. חזור על תהליך זה עבור הקלטת המצלמה השנייה. לאחר מכן, במודול עיבוד תמונה מיוחד, בחר את קובץ הרצועה עבור שתי המצלמות ולחץ על מצא מאפייני רצועה.

השווה תמונות מהמצלמות במעלה הזרם ובמורד הזרם כדי לקבוע את שינוי הקואורדינטות בין המצלמות. מלא את משמרת הקואורדינטות עבור המצלמה במורד הזרם ולחץ הפוך את מערכת הייחוס לאחידה. מלא את גבולות אזור החפיפה בין התמונות.

הסר את כל המסלולים הקטנים מאורך האזור החופף. מיזוג מסדי הנתונים של מעקב אחר חלקיקים ומלא את טולרנסים לחפיפה. לאחר מכן, הצטרפו למסלולים.

לאחר השלמת התהליך, שמור את התוצאות ולאחר מכן נתח את נתוני המסלול כדי לחקור את הקינמטיקה של חלקיקי עומס המיטה. פרופיל מהירות הזרימה שנמדד היה א-סימטרי, מה שיוחס להבדל בחספוס בין מצע הסדימנט למכסה התעלה. המצלמות במעלה הזרם ובמורד הזרם מציגות 37 ו-34 רצועות, בהתאמה, במשך 100 שניות.

לאחר הצטרפות לנתונים משתי המצלמות, זוהו 59 עקבות בסך הכל. המסלול הארוך ביותר השתרע על פני חלון התצפית המלא באורך כולל של כ-1.6 מטר. המסלולים נותחו כדי לזהות מתי החלקיקים היו בתנועה או במנוחה על מצע המשקעים.

שטח התצפית הגדול איפשר לזהות דילוגים ארוכים, עם דילוגים של עד 600 מילימטרים שנצפו בתנאים הידרודינמיים אלה. נמצא כי דילוגים קצרים ומהירים יותר מתרחשים בתדירות הגבוהה ביותר. לאחר צפייה בסרטון זה, אתם אמורים להבין היטב כיצד לבצע ניסויי הובלת משקעים של מעקב אחר חלקיקים על פני שטחים גדולים.

בזמן שאתה מנסה הליך זה, זכור לוודא שהתאורה של הניסוי טובה למרות שניתן לאסוף את התמונות בדרכים רבות, החל מתמונות באיכות גבוהה, מפשט הרבה מהעבודה הבאה. לאחר פיתוחה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום מוביל המשקעים לחקור מגוון אינדיקטורים לפרשנות ומידול תהליכים.