Mediciones de Velocidad en Ventilación de Alto Flujo Usando Tecnología BIV.

Se publicó un estudio en Agua El campo de velocidad se estimó con un flujo altamente ventilado sobre un pasaje de drenaje graduado sin restricción de pared lateral utilizando el método de velocidad de imagen de burbuja (BIV).

estancia: Mediciones de velocidad en un flujo altamente aireado sobre un conducto graduado sin restricciones de paredes laterales usando tecnología BIV. Haber de imagen: Mihai_Andritoiu/Shutterstock.com

flujo de agua carbonatada

El aire fluye cuando el agua se sumerge artificialmente en aire grande. El agua carbonatada se usa comúnmente en los hogares porque produce una acción de limpieza más suave pero más efectiva en las delicadas membranas de los ojos y las mejillas.

El flujo de agua gaseosa en las alcantarillas.

Ha habido mucho interés en el diseño de alcantarillas escalonadas desde que comenzaron los experimentos de laboratorio sistemáticos sobre el rendimiento hidráulico de las alcantarillas escalonadas a principios de la década de 1980.

La ausencia de paredes laterales en un conducto de drenaje hace que el flujo se expanda horizontalmente, lo que da como resultado una distribución desigual del caudal tangencial a lo largo del conducto.

El estudio de las propiedades macroscópicas y microscópicas del flujo altamente turbulento a través de canales de flujo graduado se ha beneficiado enormemente de la aplicación de la metrología convencional y de vanguardia en las investigaciones de laboratorio.

Los ejemplos de tales aplicaciones incluyen transductores de presión de muestreo de alta frecuencia para medir presiones extremas y fluctuaciones de presión en las caras de los escalones, sondas de conducción, tubos de Pitot de reflujo para estimar la velocidad local y la concentración de aire y PIV para caracterizar el flujo turbulento en la región sin flujo de aire. .

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El desarrollo de herramientas de generación de imágenes de flujo no intrusivas, como los sistemas de detección y rango de luz (LiDAR) o sensores ultrasónicos, ha dado lugar a métodos innovadores para determinar la turbulencia en la superficie libre o las características del flujo de agua y aire.

Los flujos altamente aireados, particularmente en flujos graduados, también se han estudiado utilizando métodos de flujo óptico y velocidad de imagen de burbuja (BIV).

Uso del método BIV para citometría de velocidad

investigadores en este estudiar Utilice el enfoque BIV para usar burbujas de aire capturadas en el flujo como extractores para ilustrar el campo de velocidad observado en el flujo de aire sobre un conducto ascendente graduado sin restricciones de pared lateral.

El flujo se analizó desde una perspectiva anterior y lateral. El campo de velocidad cerca de la superficie libre del flujo complejo se determinó a partir de las imágenes de primer plano. Por otro lado, la profundidad de flujo típica y el perfil de profundidad del chute se infirieron a partir de las grabaciones de las vistas laterales.

Se utilizó un filtro CLAHE para el análisis lateral y frontal de los campos de velocidad correspondientes. El filtro CLAHE mejora las imágenes distribuyendo la intensidad más difusa en el rango de 0 a 255.

Las imágenes fueron capturadas por cámaras de video de alta velocidad, que luego se analizaron utilizando métodos de velocidad de imagen de partículas (PIV). Los vectores de desplazamiento se calcularon utilizando una función de correlación cruzada bidimensional de dos transformadas de Fourier discretas consecutivas (DFT).

En el presente trabajo se utilizó PIVlab, una caja de herramientas de código abierto accesible en MATLAB. El campo de velocidad de flujo en esta aplicación se obtuvo mediante el procesamiento de imágenes utilizando la técnica tradicional PIV no invasiva.

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Resultados importantes del estudio

Se requiere preprocesamiento de imágenes para mejorar el contraste y resaltar la presencia de aire dentro del flujo. El tamaño de las áreas de interrogación no afectó los resultados del examen anterior o lateral.

Para flujos de aire altos, el PIVlab es una herramienta valiosa para estimar las velocidades de superficie libre a partir de datos de vista frontal mediante el uso de burbujas de aire como trazador. Independientemente de la tasa de captura de imágenes, las correlaciones entre fotogramas consecutivos son aceptables. Sin embargo, se han informado estimaciones inexactas en el área parcialmente ventilada aguas abajo del sitio de origen.

Las mediciones de la vista frontal de las velocidades de la superficie libre revelan la elevación de un componente transversal aguas abajo del punto de inicio, que resulta de la ausencia de una pared lateral. La velocidad de superficie libre se corresponde bien con la velocidad interfacial agua-aire medida previamente con una sonda de fibra óptica de dos extremos para descargas pequeñas y adimensionales en el sitio de origen. Sin embargo, independientemente de la tasa de captura de imágenes, se observaron diferencias sustanciales en las descargas adimensionales más grandes.

Para 400 fps, los perfiles de velocidad esperados de las mediciones de la vista lateral son esencialmente independientes del tamaño del área de interrogación. Por el contrario, las velocidades medidas a 200 fps son mucho más bajas que las velocidades a 400 fps y están fuertemente influenciadas por el tamaño del área de interrogación.

Los perfiles de velocidad desde lo normal hasta el fondo falso, con mucha dirección aguas abajo del punto de inicio, corresponden a los perfiles de velocidad de la interfase aire-agua en la sección interna del flujo de desnatado, lo que confirma las tolerancias más altas en la región superior del flujo de desnatado cerca del flujo libre. superficie.

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De nada sirve producir una saturación de brillo en la zona donde el aire ya ha llegado a la superficie para mejorar la iluminación en la zona más oscura. Esto hace que sea muy difícil determinar la iluminación óptima para ambas áreas. Se ha determinado que brindar suficiente iluminación al área de interés está íntimamente relacionado con mejorar el desempeño del aire como trazador de flujo.

referencia

Sanchez, Johnny, M, Estrella, S, Matos, J, Blade, E, Martinez-Jumarez, E, and Bonnet Gil E (2022). Mediciones de velocidad en un flujo altamente aireado sobre un conducto graduado sin restricciones de paredes laterales usando tecnología BIV. Agua14, 2587. https://www.mdpi.com/2073-4441/14/16/2587/htm

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