Měření proudových polí metodou PIV

1. Popis

Úvodní informace

Při tomto cvičení jsou studenti seznámeni s možnostmi bezkontaktního měření proudových polí           v tekutinách. Metoda Particle Image Velocimetry je využívána v moderní experimentální mechanice tekutin pro kvalitativní (vizualizace) i kvantitativní (vyhodnocení rychlostí) popis proudových polí v kapalinách i plynech. Touto metodou lze zkoumat celou zkoumanou oblast najednou a oproti bodovým měřicím metodám jí s výhodou využívat pro sledování nestacionárních proudových polí. 

Seznam pomůcek a laboratorního vybavení

  • Technika pro metodu PIV, tj. pulsní laser, digitální kamera, stativ, sada optických barevných filtrů, hardware pro sběr a analýzu dat
  • Tryska připojená na rozvody tlakového vzduchu
  • Tlaková a teplotní čidla připojitelná do měřící ústředny
  • Generátor stopovacích částic

Postup pro vypracování cvičeni

Teoretická příprava

  • Vysvětlete pojmy proudové pole, stacionární a nestacionární charakter, sytící (stopovací) , vlnová délka světla.

Zopakujte si základy metody PIV, které byly předneseny na přednášce, vysvětlete obrázek 1.

Obrázek 1: Princip měřícího systému PIV

Praktická příprava

  • Na traverzovacím zařízení rozmístěte hlavní součásti úlohy – trysku, ventil, řídící elektroniku

Rozmyslete rozmístění a uspořádejte jednotlivé komponenty měřicího systému PIV – laser, optika laserového řezu s vhodnou orientací, digitální kamera, synchronizátor (Timer Box)

Obrázek 2: Uspořádání měřicí techniky – reálná situace v laboratoři

  • Zdokumentujte a propojení synchronizačních kabelů jednotlivých komponent PIV systému dle Obr. 3

Obrázek 3: Zapojení synchronizačních signálu systému PIV

  • Připojte do rozvodů tlakového vzduchu generátor stopovacích částic
  • Na základě pokynů lektora založte v PC nový projekt a spusťte snímání kamerou pro záznam kalibračního obrazu
  • Umístěte do zorného pole kamery kalibrační měřítko a zaostřete objektiv kamery, sejměte kalibrační obrazec
  • V softwaru Dynamic Studio proveďte záznam kalibračního obrazce a vypočtěte měřítko zvětšení
  • Po kontrole zapojení úlohy nechte lektorem zapnout laser – POZOR – dodržujte zásady laserové bezpečnosti
  • Zapněte elektroniku pro ovládání ventilu tlakového vzduchu, teplotní i tlaková čidla s ústřednou i generátor částic – zkontrolujte produkci částic přivoněním
  • V pracovním sešitě zaznamenejte hodnoty vstupního tlaku, teploty, barometrického tlaku v laboratoři
  • Na základě znalostí z přednášky vypočtěte potřebné velikosti vyšetřované oblasti a časový rozestup mezi záznamy, vyplňte hodnoty do softwaru a proveďte kontrolní měření
  • Zkontrolujte získaná obrazová data – zaměřte se zejména na ostrost částic a jejich posuv mezi dvojobrazy – dolaďte nastavené parametry a v případě potřeby doostřete
  • Zaznamenejte 100 obrazových dat proudu za tryskou
  • Proveďte výpočet korelací – ověřte vliv adaptivní korelace, různou velikost vyšetřovaných oblastí a hodnotu překrývání oblastí
  • Validujte vektorové mapy různými druhy algoritmů – porovnejte účinnost jednotlivých druhů validace
  • Vypočítejte statiku ze všech vypočtených vektorových map – střední hodnotu rychlosti, hodnoty směrodatné odchylky
  • Demonstrujte další možnosti vykreslení a zobrazení experimentálních dat v softwaru