Akademia Górniczo-Hutnicza im

Prezentacja na temat: "Akademia Górniczo-Hutnicza im"— Zapis prezentacji:

1 Akademia Górniczo-Hutnicza im
Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie   Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej Zastosowanie metody PIV do analizy pola prędkości w obszarze konwekcji mieszanej Łukasz Zwaliński opiekun: dr inż. Marek Jaszczur

2 Lukasz Zwaliński Zastosowanie metody PIV … Cel pracy: zastosowanie metody PIV (Particle Image Velocimetry) do analizy pola prędkości w obszarze konwekcji mieszanej optymalizacja wybranych parametrów metody PIV, od których zależy jej dokładność wyznaczenie pól prędkości płynu dla dostępnych danych pomiarowych przegląd literatury naukowej dotyczącej metod pomiaru prędkości płynów

3 Podział metod pomiaru prędkości płynu:
Lukasz Zwaliński Zastosowanie metody PIV … Zastosowanie metody PIV … Podział metod pomiaru prędkości płynu: Inwazyjne: Anemometria (termoanemometria) Rurka Prandtla Bezinwazyjne: Laserowa anemometria wieloogniskowa (LTA) Dopplerowska anemometria laserowa (LDA) Anemometria laserowa wykorzystująca indukowaną fluorescencję przepływu (LIF) Cyfrowa anemometria obrazowa (PIV)

4 PIV - cyfrowa anemometria obrazowa
Lukasz Zwaliński Zastosowanie metody PIV … PIV - cyfrowa anemometria obrazowa PIV to najnowszy sposób pomiaru pola prędkości z grupy dostępnych metod optycznych, nieinwazyjnych, metoda pozwala na znalezienie wektorów prędkości poruszającego się płynu przy zastosowaniu korelacji obrazów zarejestrowanych kamerą lub aparatem fotograficznym, metoda - zbierając dane w sposób wielopunktowy - dostarcza natychmiast informacji o polu prędkości, rejestrowane są pozycje cząstek posiewu domieszkowanych do przepływu, charakteryzujących ruch płynu (polyestyren, szklane sfery, oleje, ciekłe kryształy, bąbelki tlenu), metoda pozwala na precyzyjny pomiar pola prędkości 2 lub 3 składowych wektora

5 Podstawowe wymog i zastosowania PIV:
Lukasz Zwaliński Zastosowanie metody PIV … Podstawowe wymog i zastosowania PIV: optycznie przeźroczysty ośrodek pomiarowy, impulsowe lub ciągłe źródło światła, medium rejestrujące obraz (aparat fotograficzny, kamera CCD), komputer służący do obróbki danych.

6 Lukasz Zwaliński Zastosowanie metody PIV … Podstawowe parametry, od których zależy dokładność wyznaczania pola prędkości metodą PIV: intensywność światła (pikseli), czułość i rozdzielczość optyki pomiarowej, rozmiar okna pomiarowego, maksymalna wielkość rejestrowanego przemieszczenia, charakter ruchu płynu, parametry posiewu, dobór odstępu czasowego między rejestrowanymi obrazami.

7 Schemat układu pomiarowego:
Lukasz Zwaliński Zastosowanie metody PIV … Schemat układu pomiarowego: naczynie pomiarowe objętość pomiarowa t + t PC tafla świetlna t źródło światła cross-korelacja t oraz t + Dt lub auto-korelacja obraz zarejestrowany przez kamerę z y x kamera CCD pole prędkości

8 Procesy korelacji obrazów.
Lukasz Zwaliński Zastosowanie metody PIV … Procesy korelacji obrazów. Analiza pojedynczej ramki/podwójnie eksponowanej- metoda auto-correlation. Analiza dwóch ramek/ pojedynczo eksponowanych - metoda cross-corelation.

9 Opis stanowiska pomiarowego.
Lukasz Zwaliński Zastosowanie metody PIV … Opis stanowiska pomiarowego.

10 Wyznaczenie pól prędkości płynu dla dostępnych danych pomiarowych
Lukasz Zwaliński Zastosowanie metody PIV … Wyznaczenie pól prędkości płynu dla dostępnych danych pomiarowych ruch domieszkowanych ciekłych kryształów w cylindrycznym naczyniu pomiarowym dla konwekcji naturalnej i mieszanej

11 Optymalizacja metody PIV
Lukasz Zwaliński Zastosowanie metody PIV … Optymalizacja metody PIV dobór rozmiaru podregionu analizowanego obrazu, będącego przedmiotem auto/cross-korelacji analiza wpływu nakładania się okien podregionów (overlapping) na wynik korelacji dobór parametrów funkcji eliminacji wektorów błędnych

12 Wyniki obliczeń dla różnego rozmiaru podregionu obrazu:
Lukasz Zwaliński Zastosowanie metody PIV … Wyniki obliczeń dla różnego rozmiaru podregionu obrazu: ta= 10,32 s 64x64 piksele 32x32 piksele cross-korelacja tb= 10,40 s 16x16 pikseli 8x8 pikseli

13 optymalny rozmiar 32x32 pikseli z 50% nakładaniem podregionów
Lukasz Zwaliński Zastosowanie metody PIV … 64x64 piksele 32x32 piksele 16x16 pikseli 8x8 pikseli 32x32 piksele 50% overlap analiza wyłącznie rozmiaru podregionu – optymalny rozmiar 32x32 pikseli po - optymalizacji funkcji eliminacji wektorów błędnych - zastosowaniu techniki nakładania podregionów optymalny rozmiar 32x32 pikseli z 50% nakładaniem podregionów  16x16 pikseli

14 Wyniki obliczeń dla konwekcji naturalnej, Gr=92 444, Re =0
Lukasz Zwaliński Zastosowanie metody PIV … Wyniki obliczeń dla konwekcji naturalnej, Gr=92 444, Re =0 t = 2,4 s t = 7,2 s t = 10,4 s t = 14,4 s

15 Wyniki obliczeń w obszarze konwekcji mieszanej dla Gr=92 444, Re =10
Lukasz Zwaliński Zastosowanie metody PIV … Wyniki obliczeń w obszarze konwekcji mieszanej dla Gr=92 444, Re =10 t = 372 s t = 410 s t = 940 s t = 948 s

16 Wyniki obliczeń w obszarze konwekcji mieszanej dla Gr=92 444, Re =10
Lukasz Zwaliński Zastosowanie metody PIV … Wyniki obliczeń w obszarze konwekcji mieszanej dla Gr=92 444, Re =10 t = 1544 s t = 1548 s t = 1550 s t = 1556 s

17 Wyniki obliczeń w obszarze konwekcji mieszanej dla Gr=115 555, Re=5
Lukasz Zwaliński Zastosowanie metody PIV … Wyniki obliczeń w obszarze konwekcji mieszanej dla Gr= , Re=5 t = 458 s t = 914 s t = 944 s t = 1548 s

18 Lukasz Zwaliński Zastosowanie metody PIV … Podsumowanie Dokonano przeglądu literatury, dotyczącej aktualnie dostępnych metod pomiaru prędkości płynu. Wybrano optymalne parametry metody PIV dla obliczenia pola prędkości poprzez auto i cross–korelację. Wyznaczono serię pól wektorowych dla wybranego przepływu - przedstawiono zmiany struktury przepływu w czasie dla konwekcji naturalnej i mieszanej.