Объемная велосиметрия (TOMO PIV)

Объемная велосиметрия (TOMO PIV)

Определение всех пространственных характеристик явлений, происходящих в потоке

Схема объемной анемометрии в воздухе для измерения характеристик холодного потока от горелки с малым завихрением потока. (Лундский университет, Кафедра физики процессов сгорания)

В потоках в действительности имеют место четкие пространственные закономерности. С помощью плоскостной и стереоскопической PIV данное трехмерное движение часто невозможно измерить. Благодаря новейшим дополнительным продуктам DynamicStudio для объемной анемометрии (VV) ученые теперь могут измерять пространственные характеристики. Неважно, интересуют ли траектории частиц в лагранжевых координатах, или же нужны методы для эйлеровых данных высокого разрешения, в DynamicStudio найдутся решения для всех потребностей.

Что необходимо

Объемная анемометрия основана на идее PIV. Все, что требуется для выполнения объемных анемометрических измерений с хорошей точностью, – это большее число камер, программное обеспечение и система пространственной подсветки.
Таким образом, если у вас уже имеется система PIV, то она, скорее всего, может быть модернизирована до пространственной системы.

Разные алгоритмы для быстрого и точного анализа

Можно выбирать алгоритмы на основе отслеживания или восстановления для создания типа данных, нужных пользователям. Более того, можно выбирать разные подходы восстановления, что позволяет получить короткое время вычислений или высокоточное восстановление.

Результат потока из горелки с малым завихрением потока: Большие когерентные структуры (изоконтуры представляют ядра вихрей) конвективно перенесены в пограничный слой за внутренней застойной зоной. Красные и синие траектории паров показывают восходящие и нисходящие области контакта. На границах объема (60x40x20 мм3) 3 среза показывают локальное векторное поле с цветовой кодировкой скорости. Время между изображениями составляет 0,625 мс.

Основные преимущества DynamicStudio

  • DynamicStudio содержит разные пакеты для объемной анемометрии, позволяющие найти решения практически для всех различных типов экспериментов.
  • Пользователи могут выбирать решения на основе отслеживания и метода наименьших квадратов
  • Разные методики дают разные преимущества, следовательно, разные подходы к восстановлению от очень быстрого MinLos до высокоэффективного, но предъявляющего высокие требования подхода к восстановлению с применением усовершенствованного отслеживания движения (Motion Tracking Enhancement).
  • DynamicStudio получает трехмерные результаты при использовании решения всего с двумя камерами
  • Используется графический процессор для более быстрой обработки данных
  • Платформа DynamicStudio обладает зарекомендовавшими себя и постоянно совершенствуемыми характеристиками, и на ее основе еще в 2008 г. был предложен первый алгоритм 3D PTV
  • Плоскостные системы могут быть модернизированы до пространственных систем.

Развитие во времени кольцевого вихря от ламинарного состояния в начальный момент слева и до момента незадолго до турбулентного отрыва справа. Цвет на срезах представляет абсолютную скорость, зеленой изоповерхностью показано ядро вихря и его деформация со временем. Красной изоповерхностью показана направленная вверх прямая компонента скорости, обозначающая различные карманы, образующиеся со временем, что приводит к развитию вторичных вихрей. См. работу Brücker и др. (2013 г.) «Пространственная PIV с одиночным видом с использованием сканирования высокого разрешения, изотропного восстановления объемных элементов и подбора наименьших квадратов для объемного случая (3D-LSM).» ("Single-view volumetric PIV via high-resolution scanning, isotropic voxel restructuring and 3D least-squares matching (3D-LSM).") MST 24 / 2013

Свойства

Трехмерные методики отслеживания

Томографическая PIV с помощью 3D LSM

3DPTV

3D Tomo PTV

MinLos

SMART

MTE

Использование центров инерции

X

X

-

-

-

Необходимость в восстановлении объемных элементов

-

X

X

X

X

Результат в эйлеровых координатах

-

-

X

X

X

Результат в лагранжевых координатах

X

X

-

-

-

Пространственная разрешающая способность

(система из 4 камер)

Низкая

(0,001 ppp)

Средняя

(0,015 ppp)

Средняя

(0,02 ppp)

Высокий

(0,05 ppp)

Очень высокая

(0,075 ppp)

Число камер

2

3+

3+

3+

3+

 

Визуализация потока в силиконовой модели аортального корня за искусственным твердым клапаном. Белым обозначены восстановленные частицы с векторами, показанными только на центральном срезе, и цветовой кодировкой абсолютной скорости. Hegner и др. (2015 г.) «Объемная 3D PIV в потоке сердечного клапана» (“Volumetric 3D PIV in heart valve flow”)