In Fluiddynamik experimenten ist die Partikel bild geschwindigkeit stech no logie (PIV) ein wichtiges Mittel zur Untersuchung komplexer Strömungs felds trukturen. Das herkömmliche Layout von Hoch geschwindigkeit kameras auf derselben Seite stößt auf weltraum beschränkte Szenen wie rotierende Maschinen und kompakte Läufer, was zu einem begrenzten Sichtfeld führt (Abbildung 1, links). Der F & E-Ingenieur von Revealer übernimmt innovativ das gegenüber liegende Seiten layouts chema für Hoch geschwindigkeit kameras (Abbildung 1 rechts). und realisiert die Messung des Strömungs feldes mit zylindrischem Umfang durch zwei Hoch geschwindigkeit kameras von beiden Seiten der Wasser höhle, Dies kann das Problem der Sichtfeld okklusion auf demselben Seiten layout effektiv vermeiden und die Daten zuverlässigkeit in komplexen Szenarien verbessern.
1) Wasser höhle: einstellbarer Durchfluss bereich 0,1 ~ 1,0 m/s, mit 8cm PVC zylindrischem Modell;
2) Revealer PIV-Partikel-Bildgeschwindigkeits-System: von 2 PIV-Hoch geschwindigkeit kameras, 532nm kontinuierlichem Laser, RFlow4-Durchflussfeldmessoftware.
1) Die beiden PIV-Hoch geschwindigkeit kameras sind symmetrisch mit einem Winkel von 180 ° angeordnet (wie in Abbildung 2 gezeigt, ist die optische Achse senkrecht zur Richtung des Wasserflusses, Und die Grundlinie ist 50cm von der Mitte des Zylinders entfernt, um sicher zustellen, dass der überlappende Bereich des Sichtfeldes den zylindrischen Störungs bereich abdeckt.
Abbildung 2
2) Verwenden Sie eine doppels chichtliche Punkt kalibrierung platte, um sie auf der Verschiebung plattform zu befestigen, legen Sie sie in das Wasserloch und führen Sie eine drei dimensionale Kalibrierung durch. und die Wärme karte des Sichtfeldes der linken und rechten Kamera zeigt einen Übereinstimmung fehler von <0,1 Pixel.
3) Ziehen Sie die Kalibrierung platte zurück, injizieren Sie Tracer-Partikel, schalten Sie die Umgebungs lichtquelle aus, schalten Sie die Laser beleuchtung ein und richten Sie die Laser ebene mit der zylindrischen Achse aus.
4) Trennen Sie synchron zwei Hoch geschwindigkeit kameras aus, um 500 Bilder von Partikeln zu sammeln.
5) Die Durchfluss feld berechnung basierend auf der klassischen PIV-Ein kanal methode, die Durchfluss feld zerlegung analyze basierend auf dem Galileo/Reynolds/POD-Algorithmus, und die Wirbels truktur identifikation analyze basierend auf der Q-Kriterium/λ₂-Methode wurden mit der Revealer-Durchflussfeld-Mess software RFlow abgeschlossen, Um die Wirksamkeit der Strömungs feld beobachtungs methode in der entgegen gesetzten Layout methode zu überprüfen.
1) Grundlegende Eigenschaften des Strömungs feldes:
Stündliche durchschnitt liche Geschwindigkeit sfeld wolken karte, symmetrische Carmen-Wirbels traße wird hinter dem Zylinder gebildet, und die Geschwindigkeit im Nachlauf bereich wird reduziert.
Abbildung 3
Das pulsierende Geschwindigkeit sfeld Reynolds-Zerlegung wolken diagramm zeigt, dass die hoch frequente turbulente kinetische Energie in der Wirbel abschüssel zone konzentriert ist.
2) Überprüfung der Stabilität des Strömungs felds
Die galilä ische Zersetzung methode analysierte, dass es keinen zunehmenden Trend in der Amplitude der Strömungs feldst örungen geschwindigkeit gab (Abb. 4), was bestätigte, dass sich das Strömungs feld in einem stabilen Zustand befand und die grundlegenden Bedingungen der Analyse erfüllte.
Abbildung 4
3) POD-Modal analyze
Die ersten Moden von 3 bis 5 Ordnung dominieren die Energie verteilung, und die wichtigsten physikalischen Eigenschaften des rekonstruierten Strömungs feldes wurden beibehalten.
Die Werte des Modus höherer Ordnung (Ordnung 12) sind sehr klein, und der Wolken graph ist im Grunde blau (Abb. 5), was darauf hinweist, dass die Reihenfolge 12 und darüber hinaus im Grunde ver rauschte Daten sind.
Speichern Sie den Modus 11. Ordnung und den Amplituden koeffizienten, der jedem Daten rahmen entspricht, und verwenden Sie die ersten Modi 3 ~ 5 Ordnung, um die vollständigen Eigenschaften der Strömungs feldphysik zu rekonstruieren. und dann kann die höhere Ordnung mehr Fließ feld details bringen, aber gleichzeitig mehr Rauschen einführen (wie in Abbildung 6). Speziell unter Verwendung des K-Bestell modus, der flexibel an die experimentellen Ziele angepasst werden kann.
Abbildung 5
Abbildung 6
4) Erkennung der Vortex-Struktur
Zur Berechnung der Wirbels truktur wurden jeweils das Q-Kriterium (Bild 6 links) und das λ ₂-Kriterium (Bild 6 rechts) verwendet.
Unter dem Q-Kriterium können der Wirbel kern und die Scher schicht klar unterschieden werden. Die Identifizierung von Wirbel kernen und Wirbel grenzen ist unter dem λ ₂-Kriterium am deutlichsten, aber die Berechnungs zeit ist länger.
1) Durch Präzisions kalibrierung und synchrone Steuerung kann das PIV-Hochgeschwindigkeits-Kamera layout auf der gegenüber liegenden Seite das Problem lösen, das Sichtfeld für die Aufnahme auf derselben Seite zu verschließen. Das hat einen technischen Anwendungs wert in rotierenden Flüssigkeits maschinen und engen Windkanal szenarien.
2) Basierend auf dem 2D3C-Sequenzflussfeldbild, das mit der entgegen gesetzten Layout methode aufgenommen wurde, werden die Fließ felde igen schaften unter Verwendung der POD-Zerlegung methode der RFlow-Durchfluss feld mess software analysiert. und die Kern fluss struktur kann relativ vollständig und geräuscharm charakter isiert werden, indem die erste Rekonstruktion des intrinsischen Modus 3 ~ 5. Ordnung verwendet wird.
3) Die beiden Kriterien für die Wirbel identifikation können den Prozess der Wirbel erzeugung, Entwicklung, Ablagerung und Wechsel wirkung berechnen und charakterisieren. Das Q-Kriterium kann als Standard methode für die konventionelle Analyse verwendet werden. und das λ ₂-Kriterium wird für verfeinerte Analyse anforderungen empfohlen.
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