Gleichzeitige Messung von Turbulenzen und Partikel-Kinematik mit bildgebenden Verfahren

Erin E. Hackett; Roi Gurka

doi:10.3791/58036

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Methodenartikel

Gleichzeitige Messung von Turbulenzen und Partikel-Kinematik mit bildgebenden Verfahren

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DOI:

10.3791/58036

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12. März 2019

Erin E. Hackett¹ , Roi Gurka¹

¹Department of Coastal and Marine Systems Science, Coastal Carolina University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Die hier beschriebene Technik bietet eine relativ einfache und kostengünstige Methode, um simultane Messung von Teilchen Kinematik und Turbulenz in Strömungen mit niedrigen Partikelkonzentrationen. Die Turbulenzen wird mittels Particle Image Velocimetry (PIV) gemessen, und Partikel Kinematik errechnen sich aus Bildern, die mit einer Hochgeschwindigkeitskamera in überlappenden Sichtfeld.

Zusammenfassung

Zahlreiche Probleme im Natur- und ingenieurwissenschaftliche Felder beinhalten Verständnis der Kinematik von Partikeln in turbulente Strömungen, wie Schadstoffe, marine Mikroorganismen und/oder Sedimente in den Ozean, oder die Wirbelschicht Reaktoren und Verbrennungsprozessen in Anlagenbau. Um die Auswirkungen der Turbulenzen auf die Kinematik der Partikel in solche Strömungen zu studieren, werden gleichzeitige Messungen von den Fluss und die Partikel Kinematik benötigt. Non-intrusive, optischen Fluss Messverfahren zur Messung von Turbulenzen oder für die Verfolgung von Teilchen, existieren aber beides gleichzeitig messen kann aufgrund von Interferenzen zwischen den Techniken schwierig sein. Die hier vorgestellte Methode bietet eine relativ einfache und kostengünstige Methode, um gleichzeitige Messung der Strömung und Partikel Kinematik machen. Ein Querschnitt durch die Strömung wird mit eine Particle Image Velocimetry (PIV) Technik, die bietet zwei Komponenten der Geschwindigkeit in der Messebene gemessen. Diese Technik nutzt einen gepulste Laser für die Beleuchtung des kernigen Strömungsfeldes, die mit einer digitalen Kamera abgebildet ist. Die Partikel-Kinematik sind gleichzeitig abgebildet mit eine Licht emittierende Diode (LED) Linie Licht, das einen planaren Querschnitt des Flusses, die mit der PIV Field beleuchtet-of-View (FOV) überschneidet. Die Linie Licht ist niedrig genug macht, dass es hat keinen Einfluss auf die PIV-Messungen, aber stark genug, um die größeren Partikel von Interesse zu beleuchten abgebildet mit der High-Speed-Kamera. High-Speed-Bilder, die die Laserpulse aus die PIV-Technik enthalten sind leicht gefiltert durch die Untersuchung der summierte Intensität jedes High-Speed-Bildes. Dadurch, dass die Frame-Rate der High-Speed-Kamera mit derjenigen der PIV-Kamera-Frame-Rate, kann die Anzahl der kontaminierten Frames in der High-Speed-Zeitreihe minimiert werden. Die Technik eignet sich für mittlere fließt, die überwiegend zweidimensional sind, enthalten Partikel, die sind mindestens 5 Mal der mittlere Durchmesser der PIV Aussaat Tracer und niedrige Konzentration.

Einleitung

Es gibt eine große Anzahl von Anwendungen in wissenschaftlichen und technischen Bereichen, bei denen das Verhalten der Partikel in turbulente Strömungen, zum Beispiel, Aerosole in der Atmosphäre, Verunreinigungen und/oder Sedimente im Anlagenbau und marine Mikroorganismen oder Sediment in den Ozean¹^,²^,³. In solchen Anwendungen ist es oft interessant zu verstehen, wie die Partikel zu Turbulenzen, reagieren die gleichzeitige Messung von Teilchen-Kinematik und die Fluiddynamik erfordert.

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