Echo vélocimétrie par images de particules
Summary
Une particule image en écho de vélocimétrie (EPIV) système capable d'acquérir deux dimensions champs de vitesse dans les fluides optiquement opaques ou opaques à travers des géométries est décrite, et des mesures de débit de validation tuyau sont rapportés.
Abstract
Le transport de masse, du moment et de l'énergie dans les flux de fluide est finalement déterminé par les distributions spatio-temporelles du champ de vitesse du fluide. 1 Par conséquent, une condition préalable pour comprendre, prévoir et contrôler les flux de fluide est la capacité de mesurer le champ de vitesse avec spatiale adéquate et résolution temporelle. 2 Pour les mesures de vitesse dans les fluides opaques ou par l'intermédiaire des géométries opaques, font écho à la vélocimétrie par images de particules (EPIV) est une technique de diagnostic attractif pour générer des «instantanés» à deux dimensions des champs de vitesse. 3,4,5,6 Dans ce papier, le protocole de fonctionnement d'un système EPIV construit par l'intégration d'un appareil d'échographie médicale commerciale 7 avec un PC exécutant commerciale vélocimétrie par images de particules (PIV) du logiciel 8 est décrit, et les mesures de validation de Hagen-Poiseuille (c.-à-laminaire tuyau) flux sont rapportés .
Pour la mesure EPIVments, une sonde à balayage électronique reliée à l'appareil médical à ultrasons est utilisé pour générer une image ultrasonore bidimensionnelle par impulsions les éléments piézo-électriques de la sonde à des moments différents. Chaque élément de sonde émet une impulsion ultrasonore dans le fluide et les particules de traceur dans le fluide (naturels ou graines) reflètent ultrasons échos de retour à la sonde où ils sont enregistrés. L'amplitude des ondes ultrasonores réfléchies et leur temps de retard relatif de transmission sont utilisés pour créer ce qu'on appelle B-mode (mode de luminosité) des images ultrasonores bidimensionnelles. Plus précisément, le temps de retard est utilisé pour déterminer la position du diffuseur dans le fluide et l'amplitude est utilisée pour attribuer à l'intensité du diffuseur. Le temps nécessaire pour obtenir une seule image en mode B, t, est déterminé par le temps qu'il faut pour pulser l'ensemble des éléments de la sonde à balayage électronique. Pour l'acquisition de plusieurs images en mode B, le taux de trame du système en images par seconde (fps) = 1 / et delta, t. (Voir 9 pour un examen d'imagerie par ultrasons.)
Pour une expérience typique EPIV, la vitesse de défilement est comprise entre 20-60 fps, en fonction des conditions d'écoulement et 100-1000 mode B des images de la distribution spatiale des particules de traceur dans l'écoulement sont acquises. Une fois acquis, les images de l'échographie en mode B sont transmises via une connexion Ethernet au PC exécutant le logiciel PIV commerciale. L'utilisation du logiciel PIV, les champs de déplacement des particules traceuses, D (x, y) [pixels], (où x et y désignent horizontal et vertical position spatiale dans l'image ultrasonore, respectivement) sont acquises par l'application d'algorithmes de corrélation croisée à ultrasons successives B- images en mode 10. champs de vitesse, u (x, y) [m / s], sont déterminées à partir des champs de déplacements, connaissant le pas de temps entre des paires d'images, AT [s], et le grossissement de l'image, M [m / pixel ], soit u (x, y) = MD (x, y) / AT. L'étape b tempsntre images AT = 1/fps + D (x, y) / B, où B [pixels / s] est le temps qu'il faut pour que la sonde d'échographie pour balayer la largeur de l'image. Dans la présente étude, M = 77 [um / pixel], fps = 49,5 [1 / s] et B = [25.047 pixels / s]. Une fois acquis, les champs de vitesse peuvent être analysés pour calculer les quantités de flux d'intérêts.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le protocole de fonctionnement pour une particule image d'écho vélocimétrie (EPIV) système capable d'acquérir en deux dimensions des champs de vitesse dans les fluides opaques ou par l'intermédiaire des géométries opaques a été décrit. L'application pratique de EPIV est bien adapté pour l'étude des systèmes de flux industriels et biologiques, où l'écoulement de fluides opaques se produit dans une application grand nombre. Le système particulier présenté ici a été délibérém…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs tiennent à remercier le soutien de la National Science Foundation, CBET0846359, subvention moniteur Horst Henning hiver.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| Ultrasound Machine | GE | Vivid 7 Pro | |
| Linear Ultrasound Array | GE | 10 L | |
| DC Water Pump | KNF | NF 10 KPDC | |
| Vector Processing Software | Lavision | DaVis 7.2 | |
| Post Processing Software | Mathworks | MATLAB 7.12 | |
| Acrylic Tubing | McMaster-Carr | 8486K531 | |
| Ultrasound Gel | Parker | Aquasonic 100 |
References
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