Echo velocimetría por imágenes de partículas

Summary

Una partícula eco velocimetría de imagen (EPIV) capaz de adquirir bidimensionales campos de velocidad en los líquidos ópticamente opacas oa través de geometrías ópticamente opacos se describe, y mediciones de validación en el flujo de tubo se informó.

Abstract

El transporte de masa, cantidad de movimiento y la energía de las corrientes de fluidos está determinada en última instancia por las distribuciones espacio-temporales del campo de velocidad del fluido. ^{1 Por} consiguiente, un requisito previo para la comprensión, predicción y control de los flujos de fluidos es la capacidad de medir el campo de velocidades con suficiente espacio y resolución temporal. ² Para las mediciones de velocidad en fluidos ópticamente opacos o a través de geometrías ópticamente opacas, el eco de la velocimetría de imágenes de partículas (EPIV) es una técnica atractiva de diagnóstico para generar "instantáneas" de dos dimensiones de los campos de velocidad. ^3,4,5,6 En este documento, el protocolo de funcionamiento de un sistema de EPIV construido mediante la integración de una máquina de ultrasonido médico comercial ⁷ con un PC con velocimetría de imagen de partículas comercial (PIV) se describe el software ^8, y mediciones de validación de Hagen-Poiseuille (es decir, laminar tubo) flujo se reportan .

Para la medida de EPIVtos, una sonda de red en fase conectado a la máquina de ecografía médica se utiliza para generar una imagen de ultrasonido de dos dimensiones mediante la pulsación de los elementos de sonda piezoeléctricos en momentos diferentes. Cada elemento de la sonda transmite un pulso de ultrasonido en el líquido, y las partículas de trazador en el fluido (ya sea de origen natural o cabeza de serie) reflejan ecos de ultrasonido de nuevo a la sonda en el que se registran. La amplitud de las ondas de ultrasonido reflejadas y su retardo de tiempo relativo a la transmisión se utilizan para crear lo que se conoce como modo B (modo de brillo) de dos dimensiones imágenes de ultrasonido. Específicamente, el retardo de tiempo se utiliza para determinar la posición del dispersor en el fluido y la amplitud se utiliza para asignar a la intensidad del dispersor. El tiempo requerido para obtener una sola imagen en modo B, t, se determina por el tiempo que se tome para pulsar todos los elementos de la sonda de red en fase. Para la adquisición de múltiples imágenes en modo B, la velocidad de fotogramas del sistema en fotogramas por segundo (fps) = 1 / y delta, t. (Véase el 9 para una revisión de la ecografía.)

Para un típico experimento EPIV, la velocidad de fotograma es entre 20-60 fps, dependiendo de las condiciones de flujo y 100-1000 del modo B de imágenes de la distribución espacial de las partículas trazadoras en el flujo son adquiridos. Una vez adquirido, las imágenes de ultrasonido modo B se transmite a través de una conexión Ethernet a la PC que ejecuta el software PIV comercial. Usando el software de PIV, los campos de desplazamiento de partículas trazadoras, D (x, y) [píxeles], (donde x e y denotan la posición espacial horizontal y vertical en la imagen de ultrasonidos, respectivamente) son adquiridos por la aplicación de algoritmos de correlación cruzada a ultrasonidos sucesivas B- Imágenes del modo. ¹⁰ Los campos de velocidad, u (x, y) [m / s], se determinan a partir de los campos de desplazamientos, sabiendo que el intervalo de tiempo entre pares de imágenes, DT [s], y la ampliación de imagen, M [metros / pixel ], es decir, u (x, y) = MD (x, y) / DT. B El paso de tiempontre imágenes T = 1/fps + D (x, y) / B, donde B [píxeles / s] es el tiempo que toma para la sonda de ultrasonido para barrer a través de la anchura de la imagen. En el presente estudio, M = 77 [m / píxel], fps = 49,5 [1 / s] y B = 25.047 [píxeles / s]. Una vez adquiridos, los campos de velocidad pueden ser analizados para calcular las cantidades de flujo de interés.

Protocol

1. Crear un flujo mensurable EPIV mediciones de validación se demostró en el flujo de tuberías de una solución de agua de glicerina (50% de glicerina – agua 50%). Un diagrama esquemático de la configuración experimental se muestra en la figura 1. Esferas huecas de vidrio con un diámetro nominal de 10 micras se añaden al fluido a una concentración de aproximadamente 17 partes en peso por millón. Las esferas de vidrio huecas sirven como agentes de contraste de ultrasonidos, …

Representative Results

Una partícula instantánea eco velocimetría de imagen (EPIV) campo vectorial se muestra en la Figura 3. El diagrama vectorial muestra vectores de velocidad de cada cuarta columna, y el color de fondo mapa de contorno corresponde a la magnitud de la velocidad. Una media de conjunto trama vector promedio durante 1000 parcelas instantáneo del vector EPIV se muestra en la Figura 4. De acuerdo con el flujo de tuberías, los vectores de velocidad están principalmente en la dirección stre…

Discussion

El protocolo de funcionamiento de una partícula eco velocimetría de imagen (EPIV) sistema capaz de adquirir de dos dimensiones de los campos de velocidad en fluidos ópticamente opacos o a través de geometrías ópticamente opacos fue descrito. La aplicación práctica de EPIV es muy adecuado para el estudio de los sistemas de flujo industriales y biológicas, donde el flujo de fluidos opacos se produce en una aplicación de gran número. El sistema particular presentado aquí fue construido a propósito para estudia…

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