Измерение скорости изображения частиц

Скорость изображения частиц ( PIV ) — оптический метод визуализации потока, используемый в образовании. ^[1] и исследования. ^[2]^[3]^[4]^[5]^[6] Он используется для получения мгновенных измерений скорости и связанных с ней свойств жидкостей . Жидкость засеяна примесями частицами- , которые, как предполагается, для достаточно малых частиц точно следуют динамике потока (степень, в которой частицы точно следуют потоку, представлена числом Стокса ). Жидкость с увлеченными частицами освещается так, что частицы становятся видимыми. Движение затравочных частиц используется для расчета скорости и направления ( поля скоростей ) исследуемого потока.

Другими методами, используемыми для измерения потоков, являются лазерная доплеровская скорость и анемометрия с использованием горячей проволоки . Основное различие между PIV и этими методами заключается в том, что PIV создает двумерные или даже трехмерные векторные поля , в то время как другие методы измеряют скорость в точке. Во время PIV концентрация частиц такова, что можно идентифицировать отдельные частицы на изображении, но невозможно с уверенностью отслеживать их между изображениями. Когда концентрация частиц настолько мала, что можно следить за отдельной частицей, это называется велосиметрией слежения за частицами , тогда как лазерная спекл -велоциметрия используется в случаях, когда концентрация частиц настолько высока, что трудно наблюдать отдельные частицы на изображении.

Типичное устройство PIV состоит из камеры (обычно цифровой камеры с микросхемой устройства с зарядовой связью (ПЗС) в современных системах), стробоскопа или лазера с оптическим устройством для ограничения физической области освещения (обычно цилиндрическая линза для преобразования света луч к линии), синхронизатор , действующий в качестве внешнего триггера для управления камерой и лазером, засевающими частицами и исследуемой жидкостью. Оптоволоконный кабель или жидкий световод могут подключить лазер к линзе. Программное обеспечение PIV используется для постобработки оптических изображений. ^[7]^[8]

История

Велосиметрия по изображению частиц (PIV) — это неинтрузивный метод оптического измерения потока, используемый для изучения структуры и скорости потока жидкости . PIV нашел широкое применение в различных областях науки и техники, включая аэродинамику , горение, океанографию и биожидкости . Развитие PIV можно проследить до начала 20-го века, когда исследователи начали изучать различные методы визуализации и измерения потока жидкости.

Зарождение PIV можно отнести к новаторской работе Людвига Прандтля , немецкого физика и инженера, которого часто считают отцом современной аэродинамики. В 1920-х годах Прандтль и его коллеги использовали методы теневой графики и шлирена для визуализации и измерения структуры потока в аэродинамических трубах . Эти методы основывались на разнице показателей преломления между интересующими областями жидкости и окружающей средой для создания контраста на изображениях. Однако эти методы ограничивались качественными наблюдениями и не обеспечивали количественных измерений скорости.

Ранние установки PIV были относительно простыми и в качестве носителя для записи изображения использовали фотопленку. Лазер использовался для освещения частиц, таких как капли масла или дым, добавленных в поток, и результирующее движение частиц было зафиксировано на пленке. Затем пленки были проявлены и проанализированы для получения информации о скорости потока. Эти ранние системы PIV имели ограниченное пространственное разрешение и были трудоемкими, но они давали ценную информацию о поведении потока жидкости.

Появление лазеров в 1960-х годах произвело революцию в области визуализации и измерения потоков. Лазеры представляют собой когерентный и монохроматический источник света, который можно легко сфокусировать и направить, что делает их идеальными для диагностики оптических потоков. В конце 1960-х и начале 1970-х годов такие исследователи, как Артур Л. Лавуа, Эрве Л.Х. Шойе и Адриан Фурио, независимо друг от друга предложили концепцию велосиметрии по изображению частиц (PIV). Первоначально PIV использовался для изучения воздушных потоков и измерения скорости ветра, но вскоре его применение распространилось и на другие области гидродинамики .

В 1980-х годах развитие устройств с зарядовой связью (ПЗС) и методов цифровой обработки изображений произвело революцию в PIV. ПЗС-камеры заменили фотопленку в качестве носителя записи изображений, обеспечивая более высокое пространственное разрешение , более быстрый сбор данных и возможности обработки в реальном времени. Методы цифровой обработки изображений позволили провести точный и автоматизированный анализ изображений PIV, что значительно сократило время и усилия, необходимые для анализа данных.

Появление возможностей цифровой обработки изображений и компьютерной обработки в 1980-х и 1990-х годах произвело революцию в PIV, что привело к разработке передовых методов PIV, таких как многокадровая PIV, стерео-PIV и PIV с временным разрешением. Эти методы позволили добиться более высокой точности, более высокого пространственного и временного разрешения, а также трехмерных измерений, расширяя возможности PIV и позволяя его применять в более сложных системах потока.

В последующие десятилетия PIV продолжала развиваться и продвигаться в нескольких ключевых областях. Одним из значительных достижений стало использование двойной или многократной экспозиции в PIV, что позволило измерять как мгновенные, так и усредненные по времени поля скорости. PIV с двойной экспозицией (часто называемый «стерео PIV» или «стерео-PIV») использует две камеры для захвата двух последовательных изображений с известной задержкой по времени, что позволяет измерять трехкомпонентные векторы скорости в плоскости. Это обеспечило более полную картину поля течения и позволило изучать сложные течения, такие как турбулентность и вихри.

В 2000-х годах и позже PIV продолжал развиваться благодаря разработке мощных лазеров, высокоскоростных камер и усовершенствованных алгоритмов анализа изображений. Эти достижения позволили использовать PIV в экстремальных условиях, таких как высокоскоростные потоки, системы сгорания и микромасштабные потоки, открывая новые горизонты для исследований PIV. PIV также был интегрирован с другими методами измерения, такими как измерения температуры и концентрации, и использовался в новых областях, таких как микро- и наномасштабные потоки, гранулированные потоки и аддитивное производство.

Развитие PIV было обусловлено разработкой новых лазерных источников, камер и методов анализа изображений. Достижения в области лазерных технологий привели к использованию мощных лазеров, таких как Nd:YAG-лазеры и диодные лазеры , которые обеспечивают повышенную интенсивность освещения и позволяют проводить измерения в более сложных условиях, таких как высокоскоростные потоки и системы сгорания. Также были разработаны высокоскоростные камеры с улучшенной чувствительностью и частотой кадров, позволяющие фиксировать явления переходного течения с высоким временным разрешением. передовые методы анализа изображений, такие как корреляционные алгоритмы, фазовые методы и алгоритмы машинного обучения Кроме того, для повышения точности и эффективности измерений PIV были разработаны .

Еще одним важным достижением в области PIV стала разработка алгоритмов цифровой корреляции для анализа изображений . Эти алгоритмы позволили более точно и эффективно обрабатывать изображения PIV, обеспечивая более высокое пространственное разрешение и более высокую скорость сбора данных. Различные алгоритмы корреляции, такие как кросс-корреляция , корреляция на основе преобразования Фурье и адаптивная корреляция, были разработаны и широко использовались в исследованиях PIV.

PIV также извлек выгоду из развития моделирования вычислительной гидродинамики (CFD), которое стало мощным инструментом для прогнозирования и анализа поведения потока жидкости. Данные PIV можно использовать для проверки и калибровки моделирования CFD, а моделирование CFD, в свою очередь, может дать представление об интерпретации и анализе данных PIV. Сочетание экспериментальных измерений PIV и численного моделирования позволило исследователям глубже понять явления потока жидкости и привело к новым открытиям и достижениям в различных научных и инженерных областях.

Помимо технических достижений, PIV также интегрирован с другими методами измерения, такими как измерения температуры и концентрации, для обеспечения более полных и многопараметрических измерений расхода. Например, сочетание PIV с термографическими люминофорами или лазерно-индуцированной флуоресценцией позволяет одновременно измерять скорости и поля температуры или концентрации, предоставляя ценные данные для изучения теплопередачи , смешивания и химических реакций в потоках жидкости.

Приложения

Историческое развитие PIV было обусловлено необходимостью точных и неинтрузивных измерений расхода в различных областях науки и техники. Первые годы PIV были отмечены разработкой базовых методов PIV, таких как двухкадровый PIV, и применением PIV в фундаментальных исследованиях гидродинамики, прежде всего в академических условиях. Когда PIV приобрел популярность, исследователи начали использовать его в более практических приложениях, таких как аэродинамика, горение и океанография.

Поскольку PIV продолжает развиваться и развиваться, ожидается, что он найдет дальнейшее применение в широком спектре областей: от фундаментальных исследований в области гидродинамики до практического применения в инженерии, науке об окружающей среде и медицине. Продолжающееся развитие методов PIV, включая достижения в области лазеров, камер, алгоритмов анализа изображений и интеграцию с другими методами измерения, еще больше расширит их возможности и область применения.

В аэродинамике PIV использовался для изучения обтекания крыльев самолетов, лопастей несущего винта и других аэродинамических поверхностей, что дает представление о поведении потока и аэродинамических характеристиках этих систем.

По мере того, как PIV набирал популярность, он нашел применение в широком спектре областей, помимо аэродинамики, включая горение, океанографию, биожидкости и микромасштабные потоки. В исследованиях горения PIV использовался для изучения деталей процессов горения, таких как распространение пламени, воспламенение и динамика распыления топлива, что дает ценную информацию о сложных взаимодействиях между топливом и воздухом в системах сгорания. В океанографии PIV использовался для изучения движения водных течений, волн и турбулентности, помогая понять закономерности циркуляции океана и эрозию берегов. В исследованиях биожидкостей PIV применялся для изучения кровотока в артериях и венах, дыхательного потока, а также движения ресничек и жгутиков у микроорганизмов, предоставляя важную информацию для понимания физиологических процессов и механизмов заболеваний.

PIV также использовался в новых и развивающихся областях, таких как микро- и наномасштабные потоки, гранулированные потоки и многофазные потоки . Micro-PIV и nano-PIV использовались для изучения потоков в микроканалах , нанопорах и биологических системах на микро- и наноуровне, что дает представление об уникальном поведении жидкостей на этих масштабах длины. PIV применялся для изучения движения частиц в зернистых потоках, таких как лавины и оползни, а также для исследования многофазных потоков, таких как пузырьковые потоки и водонефтяные потоки, которые важны в экологических и промышленных процессах. В микромасштабных потоках традиционные методы измерения сложно применять из-за небольших масштабов длины. Micro-PIV использовался для изучения потоков в микрофлюидных устройствах, таких как системы «лаборатория на чипе» , а также для исследования таких явлений, как образование капель, смешивание и движение клеток, с применением в доставке лекарств , биомедицинской диагностике и микромасштабах. инженерия.

PIV также нашел применение в передовых производственных процессах, таких как аддитивное производство, где понимание и оптимизация поведения потока жидкости имеет решающее значение для получения высококачественной и высокоточной продукции. PIV использовался для изучения динамики потоков газов, жидкостей и порошков в процессах аддитивного производства, что дает представление о параметрах процесса, которые влияют на качество и свойства производимой продукции.

PIV также использовался в науке об окружающей среде для изучения распространения загрязнителей в воздухе и воде, переноса наносов в реках и прибрежных районах, а также поведения загрязнителей в природных и инженерных системах. В энергетических исследованиях PIV использовался для изучения поведения потока в ветряных турбинах , гидроэлектростанциях и процессов сгорания в двигателях и турбинах, что способствовало разработке более эффективных и экологически чистых энергетических систем.

Оборудование и аппараты

Затравочные частицы

Затравочные по своей частицы сути являются критически важным компонентом системы PIV. В зависимости от исследуемой жидкости частицы должны достаточно хорошо соответствовать свойствам жидкости. В противном случае они не будут достаточно удовлетворительно следовать за потоком, чтобы анализ PIV можно было считать точным. Идеальные частицы будут иметь ту же плотность, что и используемая жидкая система, и иметь сферическую форму (эти частицы называются микросферами ). Хотя фактический выбор частиц зависит от природы жидкости, обычно для макроисследований PIV это стеклянные шарики, полистирол , полиэтилен , алюминиевые хлопья или капли масла (если исследуемая жидкость представляет собой газ ). Показатель преломления высевающих частиц должен отличаться от показателя преломления жидкости, которую они высевают, чтобы лазерный лист, падающий на поток жидкости, отражался от частиц и рассеивался в направлении камеры.

Частицы обычно имеют диаметр порядка 10-100 микрометров. Что касается размера, частицы должны быть достаточно маленькими, чтобы время реакции частиц на движение жидкости было достаточно коротким, чтобы точно следовать за потоком, и в то же время достаточно большими, чтобы рассеивать значительное количество падающего лазерного света. Для некоторых экспериментов, связанных с горением, размер затравочных частиц может быть меньше, порядка 1 микрометра, чтобы избежать тушащего эффекта, который инертные частицы могут оказывать на пламя. Из-за небольшого размера частиц в их движении преобладают эффекты Стокса и эффекты осаждения или подъема. В модели, где частицы моделируются сферическими ( микросферами ) при очень низком числе Рейнольдса , способность частиц следовать за потоком жидкости обратно пропорциональна разнице плотностей между частицами и жидкостью, а также обратно пропорциональна квадрат их диаметра. В рассеянном свете частиц преобладают Рассеяние Ми и, следовательно, также пропорционально квадрату диаметров частиц. Таким образом, размер частиц должен быть сбалансированным, чтобы рассеивать достаточно света для точной визуализации всех частиц в плоскости лазерного листа, но при этом достаточно маленьким, чтобы точно следовать за потоком.

Механизм высева также должен быть спроектирован таким образом, чтобы засеивать поток в достаточной степени, не нарушая при этом чрезмерно поток.

Камера

Для проведения PIV-анализа потока два воздействия необходимо лазерного света на камеру со стороны потока. Первоначально, из-за неспособности камер снимать несколько кадров на высокой скорости, обе экспозиции снимались в одном кадре, и этот единственный кадр использовался для определения потока. процесс, называемый автокорреляцией Для этого анализа использовался . Однако в результате автокорреляции направление потока становится неясным, так как неясно, какие пятна частиц принадлежат первому импульсу, а какие – второму. С тех пор были разработаны более быстрые цифровые камеры с использованием микросхем CCD или CMOS , которые могут захватывать два кадра на высокой скорости с разницей между кадрами в несколько сотен нс. Это позволило изолировать каждое воздействие на отдельном кадре для более точного анализа взаимной корреляции . Ограничением типичных камер является то, что такая высокая скорость ограничивается парой кадров. Это связано с тем, что каждая пара снимков должна быть передана на компьютер, прежде чем можно будет сделать следующую пару снимков. Обычные камеры могут сделать только пару кадров на гораздо меньшей скорости. Доступны высокоскоростные камеры CCD или CMOS, но они намного дороже.

Лазер и оптика

Для макро-установок PIV преобладают лазеры из-за их способности генерировать мощные световые лучи с короткой длительностью импульсов. Это обеспечивает короткое время экспозиции для каждого кадра. Лазеры Nd:YAG , обычно используемые в установках PIV, излучают в основном длину волны 1064 нм и ее гармоники (532, 266 и т. д.). Из соображений безопасности лазерное излучение обычно подвергается полосовой фильтрации для изоляции гармоник 532 нм (это зеленый свет). , единственная гармоника, которую можно увидеть невооруженным глазом). или оптоволоконный кабель Для направления лазерного света на экспериментальную установку можно использовать жидкий световод.

Оптика состоит из комбинации сферической линзы и цилиндрической линзы . Цилиндрическая линза расширяет лазер в плоскость, а сферическая линза сжимает плоскость в тонкий лист. Это очень важно, поскольку метод PIV обычно не может измерить движение, перпендикулярное лазерному листу, и поэтому в идеале это можно устранить, сохраняя полностью двумерный лазерный лист. Сферическая линза не может сжать лазерный лист в реальную двухмерную плоскость. Минимальная толщина порядка длины волны лазерного света и возникает на конечном расстоянии от оптической установки (фокуса сферической линзы). Это идеальное место для размещения аналитической зоны эксперимента.

Также следует выбрать правильный объектив для камеры, чтобы правильно сфокусироваться и визуализировать частицы в зоне исследования.

Синхронизатор

Синхронизатор действует как внешний триггер как для камеры (камер), так и для лазера. аналоговые системы в виде фотодатчика , вращающейся апертуры Хотя в прошлом использовались и источника света, большинство используемых сегодня систем являются цифровыми. Управляемый компьютером синхронизатор может определять время каждого кадра последовательности ПЗС-камеры в сочетании со срабатыванием лазера с точностью до 1 нс. Таким образом, можно точно контролировать время между каждым импульсом лазера и размещением лазерного выстрела относительно времени камеры. Знание этого времени имеет решающее значение, поскольку оно необходимо для определения скорости жидкости при анализе PIV. Автономные электронные синхронизаторы, называемые цифровыми генераторами задержки , обеспечивают время с переменным разрешением от 250 пс до нескольких мс. Имея до восьми каналов синхронизации времени, они позволяют управлять несколькими лампами-вспышками и Q-переключателями, а также обеспечивают несколько экспозиций камеры.

Анализ

Кадры разделены на большое количество областей или окон допроса. Затем можно вычислить смещения вектор для каждого окна с помощью обработки сигналов и методов автокорреляции или взаимной корреляции . Это значение преобразуется в скорость с использованием времени между лазерными выстрелами и физического размера каждого пикселя камеры. Размер окна опроса следует выбирать так, чтобы в среднем на него приходилось не менее 6 частиц. Наглядный пример PIV-анализа можно увидеть здесь.

Синхронизатор контролирует время между экспозициями изображений, а также позволяет получать пары изображений в разные моменты потока. Для точного анализа PIV идеально, чтобы интересующая область потока имела среднее смещение частиц около 8 пикселей. Это компромисс между более длительным интервалом времени, который позволит частицам перемещаться дальше между кадрами, что затрудняет определение того, какое окно опроса переместилось в какую точку, и более коротким интервалом времени, что может слишком затруднить выявление любого смещения внутри кадра. поток.

Рассеянный свет от каждой частицы должен иметь размер от 2 до 4 пикселей на изображении. Если записана слишком большая область, размер изображения частиц уменьшится и может произойти блокировка пиков с потерей точности субпикселей. Существуют методы преодоления эффекта блокировки пиков, но они требуют некоторой дополнительной работы.

Если есть собственный опыт PIV и время для разработки системы, даже если это нетривиально, можно создать собственную систему PIV. Однако системы PIV исследовательского класса оснащены мощными лазерами и высококачественными камерами, позволяющими проводить измерения в рамках самого широкого спектра экспериментов, необходимых в исследованиях.

Пример PIV-анализа без установки: [1]

PIV тесно связан с корреляцией цифровых изображений — методом измерения оптического смещения, который использует методы корреляции для изучения деформации твердых материалов.

Плюсы и минусы

Преимущества

Метод в значительной степени неинтрузивный. Добавленные трассеры (если они правильно выбраны) обычно вызывают незначительные искажения потока жидкости. ^[9]

Оптические измерения позволяют избежать необходимости использования трубок Пито , термоанемометров или других интрузивных датчиков измерения расхода . Метод позволяет одновременно измерять все двумерное сечение (геометрию) поля течения.

Высокоскоростная обработка данных позволяет генерировать большое количество пар изображений, которые на персональном компьютере могут быть проанализированы в реальном времени или позже, и может быть получено большое количество практически непрерывной информации.

Значения смещения субпикселей обеспечивают высокую степень точности, поскольку каждый вектор представляет собой среднее статистическое значение для многих частиц в пределах конкретного тайла. Смещение обычно может иметь точность до 10% одного пикселя в плоскости изображения.

Недостатки

В некоторых случаях частицы из-за своей более высокой плотности не могут идеально следовать движению жидкости ( газа / жидкости ). Если эксперименты проводятся, например, в воде, то легко можно найти очень дешевые частицы (например, пластиковый порошок диаметром ~60 мкм) с той же плотностью, что и вода. Если плотность все равно не подходит, плотность жидкости можно отрегулировать, увеличив/уменьшив ее температуру. Это приводит к небольшим изменениям числа Рейнольдса, поэтому для учета этого необходимо изменить скорость жидкости или размер экспериментального объекта.

Методы измерения скорости изображения частиц, как правило, не позволяют измерять компоненты вдоль оси z (по направлению к камере или от нее). Эти компоненты могут не только быть пропущены, но и создавать помехи в данных для компонентов x/y, вызванные параллаксом. Этих проблем не существует в стереоскопическом PIV, который использует две камеры для измерения всех трех компонентов скорости.

Поскольку результирующие векторы скорости основаны на взаимной корреляции распределений интенсивности на небольших участках потока, результирующее поле скорости является пространственно усредненным представлением фактического поля скорости. Это, очевидно, имеет последствия для точности пространственных производных поля скорости, завихренности и пространственных корреляционных функций , которые часто получаются из полей скоростей PIV.

В системах PIV, используемых в исследованиях, часто используются лазеры класса IV и высокоскоростные камеры высокого разрешения, что ограничивает стоимость и безопасность.

Более сложные настройки PIV

Стереоскопический PIV

В стереоскопическом PIV используются две камеры с разными углами обзора для определения смещения по оси Z. Обе камеры должны быть сфокусированы на одной и той же точке потока и должны быть правильно откалиброваны, чтобы иметь в фокусе одну и ту же точку.

В фундаментальной механике жидкости смещение за единицу времени в направлениях X, Y и Z обычно определяется переменными U, V и W. Как было описано ранее, базовый PIV извлекает смещения U и V как функции плоскостного перемещения. Направления X и Y. Это позволяет производить расчеты $U_{x}$ , $V_{y}$ , $U_{y}$ и $V_{x}$ градиенты скорости. Однако остальные пять членов тензора градиента скорости невозможно найти на основе этой информации. Стереоскопический PIV-анализ также позволяет получить компонент смещения по оси Z, W, в пределах этой плоскости. Это не только дает скорость жидкости по оси Z в интересующей плоскости, но также можно определить еще два члена градиента скорости: $W_{x}$ и $W_{y}$ . Компоненты градиента скорости $U_{z}$ , $V_{z}$ , и $W_{z}$ не может быть определен.Компоненты градиента скорости образуют тензор:

{\begin{bmatrix}U_{x}&U_{y}&U_{z}\\V_{x}&V_{y}&V_{z}\\W_{x}&W_{y}&W_{z}\\\end{bmatrix}}

Двухплоскостной стереоскопический PIV

Это расширение стереоскопической PIV за счет добавления второй плоскости исследования, непосредственно смещенной от первой. Для этого анализа необходимы четыре камеры. Две плоскости лазерного света создаются путем разделения лазерного излучения светоделителем на два луча. Затем каждый луч поляризуется ортогонально относительно друг друга. Далее они передаются через комплект оптики и используются для одновременного освещения одной из двух плоскостей.

Четыре камеры объединены в группы по две. Каждая пара фокусируется на одном из лазерных листов так же, как и одноплоскостной стереоскопический PIV. Каждая из четырех камер имеет поляризационный фильтр, предназначенный для пропускания только поляризованного рассеянного света из соответствующих плоскостей интереса. По сути, это создает систему, в которой две отдельные установки стереоскопического PIV-анализа работают одновременно с минимальным расстоянием между интересующими плоскостями.

Этот метод позволяет определить три компонента градиента скорости, которые одноплоскостной стереоскопический PIV не может рассчитать: $U_{z}$ , $V_{z}$ , и $W_{z}$ . С помощью этого метода можно количественно оценить весь тензор градиента скорости жидкости в интересующей двумерной плоскости. Трудность возникает в том, что лазерные листы должны располагаться достаточно близко друг к другу, чтобы аппроксимировать двумерную плоскость, но при этом достаточно смещены, чтобы можно было обнаружить значимые градиенты скорости в направлении z.

Многоплоскостной стереоскопический PIV

Доступно несколько расширений идеи двухплоскостного стереоскопического PIV. Существует возможность создания нескольких параллельных лазерных листов с использованием набора светоделителей и четвертьволновых пластин, обеспечивающих три или более плоскостей, с использованием одного лазерного блока и стереоскопической установки PIV, называемой XPIV. ^[10]

Микро ПИВ

С помощью эпифлуоресцентного микроскопа можно анализировать микроскопические потоки. MicroPIV использует флуоресцирующие частицы, которые возбуждают на определенной длине волны и излучают на другой длине волны. Лазерный свет отражается через дихроичное зеркало, проходит через объектив, который фокусируется на интересующей точке и освещает региональный объем. Излучение частиц вместе с отраженным лазерным светом проходит через объектив, дихроичное зеркало и через эмиссионный фильтр, который блокирует лазерный свет. В то время как PIV черпает свои свойства двумерного анализа из плоской природы лазерного листа, microPIV использует способность линзы объектива фокусироваться только на одной плоскости за раз, создавая таким образом двухмерную плоскость видимых частиц. ^[11]^[12]

Частицы MicroPIV имеют диаметр порядка нескольких сотен нанометров, что означает, что они чрезвычайно восприимчивы к броуновскому движению. Таким образом, для этого метода необходимо использовать специальный метод анализа усреднения по ансамблю. Взаимная корреляция серии базовых анализов PIV усредняется для определения фактического поля скоростей. Таким образом, можно исследовать только установившиеся течения. Также необходимо использовать специальные методы предварительной обработки, поскольку изображения, как правило, имеют нулевое смещение из-за фонового шума и низкое соотношение сигнал-шум. Обычно объективы с высокой числовой апертурой также используются для захвата максимально возможного излучения света. Выбор оптики также важен по тем же причинам.

Голографический PIV

Голографический PIV (HPIV) включает в себя множество экспериментальных методов, которые используют интерференцию когерентного света, рассеянного частицей, и опорного луча для кодирования информации об амплитуде и фазе рассеянного света, падающего на плоскость датчика. Эту закодированную информацию, известную как голограмма , можно затем использовать для восстановления исходного поля интенсивности путем освещения голограммы исходным опорным лучом с помощью оптических методов или цифровых приближений. Поле интенсивности исследуется с использованием методов трехмерной взаимной корреляции для получения поля скоростей.

Внеосевой HPIV использует отдельные лучи для формирования объектной и опорной волн. Эта установка используется для предотвращения образования спекл-шума в результате интерференции двух волн внутри рассеивающей среды, что могло бы произойти, если бы они обе распространялись через среду. Внеосевой эксперимент представляет собой очень сложную оптическую систему, состоящую из множества оптических элементов, и читатель отсылается к примерной схеме в Sheng et al. ^[13] для более полного представления.

Линейная голография — еще один подход, который дает некоторые уникальные преимущества для визуализации частиц. Возможно, самым крупным из них является использование рассеянного вперед света, который на несколько порядков ярче, чем рассеянный, ориентированный перпендикулярно направлению луча. Кроме того, оптическая настройка таких систем намного проще, поскольку остаточный свет не нужно отделять и рекомбинировать в другом месте. Встроенная конфигурация также обеспечивает относительно простое расширение применения ПЗС-сенсоров, создавая отдельный класс экспериментов, известный как цифровая поточная голография. Сложность таких установок смещается от оптической установки к постобработке изображений, которая включает использование моделируемых опорных лучей. Дальнейшее обсуждение этих тем выходит за рамки данной статьи и рассматривается у Арройо и Хинша. ^[14]

Множество проблем ухудшают качество результатов по ВПЧ. Первый класс вопросов касается самой реконструкции. В голографии объектная волна частицы обычно считается сферической; однако, согласно теории рассеяния Ми, эта волна имеет сложную форму, которая может исказить реконструированную частицу. Другой проблемой является наличие значительного спекл-шума, который снижает общее соотношение сигнал/шум изображений частиц. Этот эффект вызывает большее беспокойство для линейных голографических систем, поскольку опорный луч распространяется через объем вместе с лучом рассеянного объекта. Шум также может быть внесен из-за примесей в рассеивающей среде, таких как колебания температуры и дефекты окон. Поскольку голография требует когерентной визуализации, эти эффекты гораздо более серьезны, чем традиционные условия визуализации. Сочетание этих факторов увеличивает сложность процесса корреляции. В частности, спекл-шум в записи HPIV часто препятствует использованию традиционных методов корреляции на основе изображений. Вместо этого реализуются идентификация и корреляция отдельных частиц, которые устанавливают ограничения на плотность числа частиц. Более полное описание этих источников ошибок дано в Meng et al. ^[15]

В свете этих проблем может показаться, что HPIV слишком сложен и подвержен ошибкам, чтобы его можно было использовать для измерения расхода. Однако многие впечатляющие результаты были получены при использовании всех голографических подходов. Свижер и Коэн ^[16] использовал гибридную систему HPIV для изучения физики шпилек вихрей. Тао и др. ^[17] исследовал выравнивание тензоров завихренности и скорости деформации в турбулентности с высоким числом Рейнольдса. В качестве последнего примера: Sheng et al. ^[13] использовали голографическую микроскопию для проведения пристеночных измерений турбулентного напряжения сдвига и скорости в турбулентных пограничных слоях.

Сканирование PIV

Используя вращающееся зеркало, высокоскоростную камеру и корректируя геометрические изменения, PIV можно выполнить практически мгновенно на наборе плоскостей по всему полю потока. Затем можно интерполировать свойства жидкости между плоскостями. Таким образом, квазиобъемный анализ может быть выполнен на целевом объеме. Сканирование PIV можно выполнять в сочетании с другими описанными методами двумерного PIV для приближения к трехмерному объемному анализу.

Томографический PIV

Томографическая PIV основана на освещении, регистрации и реконструкции частиц-индикаторов в трехмерном объеме измерений. В этом методе используются несколько камер для одновременной записи изображений освещенного объема, которые затем реконструируются для получения дискретного трехмерного поля интенсивности. Пара полей интенсивности анализируется с использованием алгоритмов трехмерной взаимной корреляции для расчета трехмерного поля скорости 3-C внутри объема. Первоначально методика была разработана ^[18]Эльсинга и др. ^[19] в 2006 году.

Процедура реконструкции представляет собой сложную недоопределенную обратную задачу. ^{[ нужна ссылка ]} Основная сложность заключается в том, что один набор изображений может быть результатом большого количества трехмерных объемов. Процедуры правильного определения уникального объема по набору изображений являются основой томографии. В большинстве экспериментов Tomo-PIV используется метод мультипликативной алгебраической реконструкции (MART). Преимущество этого метода попиксельной реконструкции состоит в том, что он позволяет избежать необходимости идентифицировать отдельные частицы. ^{[ нужна ссылка ]} Реконструкция дискретизированного трехмерного поля интенсивности требует больших вычислительных ресурсов, и, помимо MART, несколько разработок были направлены на значительное сокращение этих вычислительных затрат, например, метод одновременной мультипликативной алгебраической реконструкции на линии прямой видимости (MLOS-SMART). ^[20]который использует разреженность трехмерного поля интенсивности для уменьшения требований к памяти и вычислениям.

Как правило, для приемлемой точности реконструкции необходимо как минимум четыре камеры, а наилучшие результаты достигаются, когда камеры расположены примерно под углом 30 градусов к нормали к объему измерения. ^[19] Для успешного эксперимента необходимо учитывать множество дополнительных факторов. ^{[ нужна ссылка ]}

Tomo-PIV применяется к широкому спектру потоков. Примеры включают структуру взаимодействия турбулентного пограничного слоя и ударной волны, ^[21] завихренность следа цилиндра ^[22] или наклонный профиль, ^[23]стержне-профильные аэроакустические эксперименты, ^[24] и для измерения мелкомасштабных микропотоков. ^[25] Совсем недавно Tomo-PIV использовался вместе с трехмерной велосиметрией с отслеживанием частиц для понимания взаимодействия хищник-жертва. ^[26]^[27] Портативная версия Tomo-PIV использовалась для изучения уникальных плавающих организмов Антарктиды. ^[28]

Термографический PIV

Термографический PIV основан на использовании термографических люминофоров в качестве затравочных частиц. Использование этих термографических люминофоров позволяет одновременно измерять скорость и температуру в потоке.

Термографические люминофоры состоят из керамических материалов-основ, легированных ионами редкоземельных или переходных металлов, которые проявляют фосфоресценцию при освещении УФ-светом. Время затухания и спектры этой фосфоресценции чувствительны к температуре и позволяют использовать два разных метода измерения температуры. Метод времени затухания заключается в аппроксимации затухания фосфоресценции экспоненциальной функцией и обычно используется при точечных измерениях, хотя он был продемонстрирован и при поверхностных измерениях. Отношение интенсивностей между двумя различными спектральными линиями свечения фосфоресценции, отслеживаемое с помощью спектральных фильтров, также зависит от температуры и может быть использовано для поверхностных измерений.

Частицы люминофора микрометрового размера, используемые в термографическом PIV, вносятся в поток в качестве индикатора, и после освещения тонким листом лазерного света температура частиц может быть измерена по фосфоресценции, обычно с использованием метода отношения интенсивностей. Важно, чтобы частицы были небольшого размера, чтобы они не только удовлетворительно следовали за потоком, но и быстро принимали его температуру. Для диаметра 2 мкм тепловое скольжение между частицей и газом так же мало, как и скольжение по скорости.

Подсветка люминофора достигается с помощью ультрафиолетового света. Большинство термографических люминофоров поглощают свет в широком диапазоне УФ-излучения и поэтому могут возбуждаться с помощью YAG:Nd-лазера. Теоретически один и тот же свет можно использовать как для измерения PIV, так и для измерения температуры, но это будет означать, что необходимы камеры, чувствительные к УФ-излучению. На практике два разных луча, исходящие от разных лазеров, перекрываются. Один из лучей используется для измерения скорости, другой — для измерения температуры.

Использование термографических люминофоров обладает некоторыми преимуществами, включая способность выживать в реакционноспособных и высокотемпературных средах, химическую стабильность и нечувствительность их фосфоресцентного излучения к давлению и составу газа. Кроме того, термографические люминофоры излучают свет с разными длинами волн, что позволяет различать спектральный свет возбуждающего света и фона.

Термографический PIV был продемонстрирован для усредненного по времени ^[29]и одиночный выстрел ^[30]измерения. В последнее время также проводятся высокоскоростные (3 кГц) измерения с временным разрешением. ^[31]были успешно выполнены.

Искусственный интеллект PIV

С развитием искусственного интеллекта появились научные публикации и коммерческое программное обеспечение, предлагающее расчеты PIV на основе глубокого обучения и сверточных нейронных сетей. Используемая методология основана главным образом на нейронных сетях оптического потока, популярных в машинном зрении. Для обучения параметров сетей генерируется набор данных, включающий изображения частиц. Результатом является глубокая нейронная сеть для PIV, которая может обеспечить оценку плотного движения, вплоть до максимума одного вектора на один пиксель, если позволяют записанные изображения. AI PIV обещает плотное поле скоростей, не ограниченное размером окна опроса, что ограничивает традиционный PIV одним вектором на 16 x 16 пикселей. ^[32]

Обработка и применение PIV в реальном времени

С развитием цифровых технологий стала возможной обработка и применение PIV в реальном времени. Например, графические процессоры можно использовать для существенного ускорения прямой корреляции одиночных окон опроса на основе преобразования Фурье. Аналогичным образом, многопроцессорные, параллельные или многопоточные процессы на нескольких ЦП или многоядерных ЦП полезны для распределенной обработки нескольких окон опроса или нескольких изображений. Некоторые приложения используют методы обработки изображений в реальном времени, такие как FPGA на основе сжатия изображений «на лету» или обработки изображений. Совсем недавно возможности измерения и обработки PIV в реальном времени были реализованы для будущего использования в активном управлении потоком с обратной связью на основе потока. ^[33]

Приложения

PIV применялся для решения широкого спектра задач, связанных с потоком, от обтекания крыла самолета в аэродинамической трубе до образования вихрей в протезах сердечных клапанов. Были предприняты попытки трехмерных методов анализа турбулентного потока и струй.

Простейшие алгоритмы PIV, основанные на взаимной корреляции, можно реализовать за считанные часы, тогда как более сложные алгоритмы могут потребовать значительных затрат времени. Доступно несколько реализаций с открытым исходным кодом. Применение PIV в системе образования США было ограничено из-за высокой цены и безопасности систем PIV промышленного исследовательского уровня.

Granular PIV: измерение скорости в гранулированных потоках и лавинах

PIV также можно использовать для измерения поля скорости свободной поверхности и базальной границы в гранулированных потоках, например, в встряхиваемых контейнерах. ^[34] стаканы ^[35] и лавины.Этот анализ особенно хорошо подходит для непрозрачных сред, таких как песок, гравий, кварц или другие гранулированные материалы, которые часто используются в геофизике. Этот подход PIV называется «детализированным PIV». Установка для гранулированного PIV отличается от обычной установки PIV тем, что оптическая структура поверхности, создаваемая освещением поверхности гранулированного потока, уже достаточна для обнаружения движения. Это означает, что нет необходимости добавлять частицы индикатора в сыпучий материал.

См. также

Примечания

^ Интерактивные исследования потоков - Загрузки
^ LaVision - Мы рассчитываем на фотоны
^ Компания «ТИСИ Инкорпорейтед» . Архивировано из оригинала 18 декабря 2008 г. Проверено 16 декабря 2008 г.
^ Dantec Dynamics - датчики лазерных оптических измерительных систем
^ ООО «Микровец ПТЕ» . Проверено 18 марта 2021 г.
^ ILA_5150 - Решения для измерения скорости изображения частиц (PIV)
^ «МатПИВ» .
^ «ОпенПИВ» .
^ Меллинг, А. (1997). «Частицы-трассеры и затравка для измерения скорости изображения частиц». Измерительная наука и технология . 8 (12): 1406–1416. Бибкод : 1997MeScT...8.1406M . дои : 10.1088/0957-0233/8/12/005 . S2CID 250844330 .
^ Либерзон, А; Гурка, Р; Хецрони, Г (2004). «XPIV? Многоплоскостная стереоскопическая скорость изображения частиц». Эксперименты с жидкостями . 36 (2): 355–362. Бибкод : 2004ExFl...36..355L . дои : 10.1007/s00348-003-0731-9 . S2CID 122939243 .
^ Ннгуен и Уэрли. Основы микрофлюидики .
^ Кирби, Би Джей (2010). Микро- и наномеханика жидкости: транспорт в микрофлюидных устройствах . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-11903-0 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Шэн, Дж.; Малкиэль, Э.; Кац, Дж. (2008). «Использование цифровой голографической микроскопии для одновременных измерений трехмерной пристеночной скорости и напряжения сдвига на стенке в турбулентном пограничном слое». Эксперименты с жидкостями . 45 (6): 1023–1035. Бибкод : 2008ExFl...45.1023S . дои : 10.1007/s00348-008-0524-2 . S2CID 123170183 .
^ М. П. Арройо и К. Д. Хинш, «Последние разработки PIV в направлении 3D-измерений», стр. 127–154, Springer, 2008.
^ Мэн, Х.; Пан, Г.; Пу, Ю.; Вудворд, Ш. (2004). «Велосиметрия по изображению голографических частиц: от пленки к цифровой записи». Измерительная наука и технология . 15 (4): 673–685. Бибкод : 2004MeScT..15..673M . дои : 10.1088/0957-0233/15/4/009 . S2CID 250922660 .
^ Свижер, А.; Коэн, Дж. (2006). «Система измерения скорости с голографическими изображениями частиц для измерения шпилечных вихрей в потоке воздушного канала». Эксперименты с жидкостями . 40 (5): 708–722. Бибкод : 2006ExFl...40..708S . дои : 10.1007/s00348-006-0108-y . S2CID 125034239 .
^ Тао, Б.; Кац, Дж.; Менево, К. (2000). «Геометрия и масштабные соотношения в турбулентности с высоким числом Рейнольдса, определенные на основе трехмерной голографической скорости». Физика жидкостей . 12 (5): 941–944. Бибкод : 2000ФФл...12..941Т . дои : 10.1063/1.870348 .
^ Скарано, Ф. (2013). «Томографический PIV: принципы и практика». Измерительная наука и технология . 24 (1): 012001. Бибкод : 2013MeScT..24a2001S . дои : 10.1088/0957-0233/24/1/012001 . S2CID 119509301 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Эльсинга, GE; Скарано, Ф.; Винеке, Б.; ван Аудхойсден, BW (2006). «Томографическая скорость изображения частиц». Эксперименты с жидкостями . 41 (6): 933–947. Бибкод : 2006ExFl...41..933E . дои : 10.1007/s00348-006-0212-z . S2CID 53701882 .
^ Аткинсон, К.; Сория, Дж. (2009). «Эффективный метод одновременной реконструкции для томографической велосиметрии изображений частиц». Эксперименты с жидкостями . 47 (4–5): 553–568. Бибкод : 2009ExFl...47..553A . дои : 10.1007/s00348-009-0728-0 . S2CID 120737581 .
^ Скромный, РА; Эльсинга, GE; Скарано, Ф.; ван Аудхойсден, BW (2009). «Трехмерная мгновенная структура взаимодействия ударной волны с турбулентным пограничным слоем» . Журнал механики жидкости . 622 : 33–62. Бибкод : 2009JFM...622...33H . дои : 10.1017/s0022112008005090 . S2CID 52556611 .
^ Скарано, Ф.; Поэльма, К. (2009). «Трехмерная картина завихренности цилиндрических следов» . Эксперименты с жидкостями . 47 (1): 69–83. Бибкод : 2009ExFl...47...69S . дои : 10.1007/s00348-009-0629-2 .
^ Бюхнер, AJ; Бухманн, Н.А.; Килани, К.; Аткинсон, К.; Сория, Дж. (2012). «Стереоскопическая и томографическая PIV качковой пластины». Эксперименты с жидкостями . 52 (2): 299–314. Бибкод : 2012ExFl...52..299B . дои : 10.1007/s00348-011-1218-8 . S2CID 121719586 .
^ Д. Виолато, П. Мур и Ф. Скарано, «Оценка лагранжевого и эйлерова поля давления потока стержень-профиль на основе томографической PIV с временным разрешением», «Эксперименты в жидкостях», 2010
^ Ким, С. Гроссе С; Эльсинга, GE; Вестервил, Дж. (2011). «Полное измерение скорости 3D-3C внутри капли жидкости» . Эксперименты с жидкостями . 51 (2): 395–405. Бибкод : 2011ExFl...51..395K . дои : 10.1007/s00348-011-1053-y .
^ Адхикари, Д.; Лонгмайр, Э. (2013). «Инфракрасная томографическая система PIV и трехмерного отслеживания движения, применяемая для взаимодействия водных хищников и жертв». Измерительная наука и технология . 24 (2): 024011. Бибкод : 2013MeScT..24b4011A . дои : 10.1088/0957-0233/24/2/024011 . S2CID 122840639 .
^ Адхикари, Д.; Геммелл, Б.; Халлберг, М.; Лонгмайр, Э.; Баски, Э. (2015). «Одновременное измерение трехмерных траекторий зоопланктона и поля скорости окружающей жидкости в сложных потоках» . Журнал экспериментальной биологии . 218 (22): 3534–3540. дои : 10.1242/jeb.121707 . ПМИД 26486364 .
^ Адхикари, Д.; Вебстер, Д.; Йен, Дж. (2016). «Портативные томографические измерения PIV плавающих антарктических птеропод с панцирем». Эксперименты с жидкостями . 57 (12): 180. Бибкод : 2016ExFl...57..180A . дои : 10.1007/s00348-016-2269-7 . S2CID 125624301 .
^ Омран, А.; Петерссон, П.; Альден, М.; Линн, Массачусетс (2008). «Одновременное двумерное измерение скорости потока и температуры газа с использованием термографических люминофоров». Прикладная физика Б: Лазеры и оптика . 92 (1): 99–102. Бибкод : 2008ApPhB..92...99O . дои : 10.1007/s00340-008-3051-1 . S2CID 121374427 .
^ Фонд, Б.; Абрам, К.; Привет, Эл; Кемпф, AM; Бейрау, Ф. (2012). «Одновременное отображение температуры, фракции смеси и скорости в турбулентных потоках с использованием термографических частиц-индикаторов люминофора» . Оптика Экспресс . 20 (20): 22118–22133. Бибкод : 2012OExpr..2022118F . дои : 10.1364/oe.20.022118 . ПМИД 23037361 .
^ Абрам, К.; Фонд, Б.; Привет, Эл; Бейрау, Ф. (2013). «Высокоскоростная планарная термометрия и велосиметрия с использованием термографических частиц люминофора» . Прикладная физика Б: Лазеры и оптика . 111 (2): 155–160. Бибкод : 2013ApPhB.111..155A . дои : 10.1007/s00340-013-5411-8 .
^ ООО, ВОЙЦЕХ МАЕВСКИ, MICROVEC PTE. «Искусственный интеллект в измерениях скорости изображений частиц» . www.photonics.com . Проверено 17 марта 2021 г. {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Брауд, К; Либерзон, А (2018). «Методы обработки в реальном времени для характеристики продольных вихрей». Журнал ветротехники и промышленной аэродинамики . 179 : 14–25. arXiv : 1612.05826 . дои : 10.1016/j.jweia.2018.05.006 . S2CID 116053665 .
^ Луептоу, РМ; Аконур, А.; Шинброт, Т. (2000). «PIV для сыпучих потоков». Эксперименты с жидкостями . 28 (2): 183–186. дои : 10.1007/s003480050023 . S2CID 113397348 .
^ Джайн, Н.; Оттино, Дж. М.; Луептоу, Р.М. (2002). «Экспериментальное исследование стекающего зернистого слоя во вращающемся барабане». Физика жидкостей . 14 (2): 572–582. Бибкод : 2002PhFl...14..572J . дои : 10.1063/1.1431244 .

Ссылки

Адриан, Р.Дж. (1991). «Методы визуализации частиц для экспериментальной механики жидкости». Ежегодный обзор механики жидкости . 23 (1): 261–304. Бибкод : 1991АнРФМ..23..261А . дои : 10.1146/annurev.fl.23.010191.001401 .
Адриан, Р.Дж. (2005). «Двадцать лет скоростной измерения изображений частиц». Эксперименты с жидкостями . 39 (2): 159–169. Бибкод : 2005ExFl...39..159A . CiteSeerX 10.1.1.578.9673 . дои : 10.1007/s00348-005-0991-7 . S2CID 37407798 .
Кац, Дж.; Шэн, Дж. (2010). «Применение голографии в механике жидкости и динамике частиц». Ежегодный обзор механики жидкости. 42 : 531-555. Бибкод: doi:10.1146/annurev-fluid-121108-145508.
Сантьяго, JG; Уэрли, Северная Каролина; Мейнхарт, CD; Биб, диджей; Адриан, Р.Дж. (1998). «Система измерения скорости изображения микрочастиц». Эксперименты с жидкостями . 25 (4): 316–319. CiteSeerX 10.1.1.126.466 . дои : 10.1007/s003480050235 . S2CID 123006803 .
Фурас, А.; Дастинг, Дж.; Льюис, Р.; Хуриган, К. (2007). «Трехмерная синхротронная рентгеновская велосиметрия изображений частиц». Журнал прикладной физики . 102 (6): 064916–064916–6. Бибкод : 2007JAP...102f4916F . дои : 10.1063/1.2783978 .
Уэрли, Северная Каролина; Мейнхарт, компакт-диск (2010). «Последние достижения в области скоростной измерения изображений микрочастиц». Ежегодный обзор механики жидкости . 42 (1): 557–576. Бибкод : 2010AnRFM..42..557W . doi : 10.1146/annurev-fluid-121108-145427 .

Библиография

Раффель, М.; Виллерт, К.; Уэрли, С.; Компенханс, Дж. (2007). Скорость изображения частиц: Практическое руководство . Спрингер-Верлаг . ISBN 978-3-540-72307-3 .
Адриан, Р.Дж.; Вестервил, Дж. (2011). Скорость изображения частиц . Издательство Кембриджского университета . ISBN 978-0-521-44008-0 .

Внешние ссылки

Тестирование и измерения в Curlie

Исследования PIV в Лаборатории экспериментальной гидродинамики ( лаборатория Дж. Каца )

[Httpwwwinteractiveflowscomdownloads-1] Интерактивные исследования потоков - Загрузки

[Httpwwwlavisionde-2] LaVision - Мы рассчитываем на фотоны

[Httpwwwtsicomenindexaspx-3] Компания «ТИСИ Инкорпорейтед» . Архивировано из оригинала 18 декабря 2008 г. Проверено 16 декабря 2008 г.

[Httpwwwdantecdynamicscom-4] Dantec Dynamics - датчики лазерных оптических измерительных систем

[5] ООО «Микровец ПТЕ» . Проверено 18 марта 2021 г.

[Httpila5150de-6] ILA_5150 - Решения для измерения скорости изображения частиц (PIV)

[7] «МатПИВ» .

[8] «ОпенПИВ» .

[9] Меллинг, А. (1997). «Частицы-трассеры и затравка для измерения скорости изображения частиц». Измерительная наука и технология . 8 (12): 1406–1416. Бибкод : 1997MeScT...8.1406M . дои : 10.1088/0957-0233/8/12/005 . S2CID 250844330 .

[10] Либерзон, А; Гурка, Р; Хецрони, Г (2004). «XPIV? Многоплоскостная стереоскопическая скорость изображения частиц». Эксперименты с жидкостями . 36 (2): 355–362. Бибкод : 2004ExFl...36..355L . дои : 10.1007/s00348-003-0731-9 . S2CID 122939243 .

[Nguyen-11] Ннгуен и Уэрли. Основы микрофлюидики .

[Kirby-12] Кирби, Би Джей (2010). Микро- и наномеханика жидкости: транспорт в микрофлюидных устройствах . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-11903-0 .

[sheng_2008-13] Перейти обратно: ^а ^б Шэн, Дж.; Малкиэль, Э.; Кац, Дж. (2008). «Использование цифровой голографической микроскопии для одновременных измерений трехмерной пристеночной скорости и напряжения сдвига на стенке в турбулентном пограничном слое». Эксперименты с жидкостями . 45 (6): 1023–1035. Бибкод : 2008ExFl...45.1023S . дои : 10.1007/s00348-008-0524-2 . S2CID 123170183 .

[14] М. П. Арройо и К. Д. Хинш, «Последние разработки PIV в направлении 3D-измерений», стр. 127–154, Springer, 2008.

[15] Мэн, Х.; Пан, Г.; Пу, Ю.; Вудворд, Ш. (2004). «Велосиметрия по изображению голографических частиц: от пленки к цифровой записи». Измерительная наука и технология . 15 (4): 673–685. Бибкод : 2004MeScT..15..673M . дои : 10.1088/0957-0233/15/4/009 . S2CID 250922660 .

[16] Свижер, А.; Коэн, Дж. (2006). «Система измерения скорости с голографическими изображениями частиц для измерения шпилечных вихрей в потоке воздушного канала». Эксперименты с жидкостями . 40 (5): 708–722. Бибкод : 2006ExFl...40..708S . дои : 10.1007/s00348-006-0108-y . S2CID 125034239 .

[17] Тао, Б.; Кац, Дж.; Менево, К. (2000). «Геометрия и масштабные соотношения в турбулентности с высоким числом Рейнольдса, определенные на основе трехмерной голографической скорости». Физика жидкостей . 12 (5): 941–944. Бибкод : 2000ФФл...12..941Т . дои : 10.1063/1.870348 .

[scarano_2013-18] Скарано, Ф. (2013). «Томографический PIV: принципы и практика». Измерительная наука и технология . 24 (1): 012001. Бибкод : 2013MeScT..24a2001S . дои : 10.1088/0957-0233/24/1/012001 . S2CID 119509301 .

[elsinga_2006-19] Перейти обратно: ^а ^б Эльсинга, GE; Скарано, Ф.; Винеке, Б.; ван Аудхойсден, BW (2006). «Томографическая скорость изображения частиц». Эксперименты с жидкостями . 41 (6): 933–947. Бибкод : 2006ExFl...41..933E . дои : 10.1007/s00348-006-0212-z . S2CID 53701882 .

[atkinson_2009-20] Аткинсон, К.; Сория, Дж. (2009). «Эффективный метод одновременной реконструкции для томографической велосиметрии изображений частиц». Эксперименты с жидкостями . 47 (4–5): 553–568. Бибкод : 2009ExFl...47..553A . дои : 10.1007/s00348-009-0728-0 . S2CID 120737581 .

[21] Скромный, РА; Эльсинга, GE; Скарано, Ф.; ван Аудхойсден, BW (2009). «Трехмерная мгновенная структура взаимодействия ударной волны с турбулентным пограничным слоем» . Журнал механики жидкости . 622 : 33–62. Бибкод : 2009JFM...622...33H . дои : 10.1017/s0022112008005090 . S2CID 52556611 .

[22] Скарано, Ф.; Поэльма, К. (2009). «Трехмерная картина завихренности цилиндрических следов» . Эксперименты с жидкостями . 47 (1): 69–83. Бибкод : 2009ExFl...47...69S . дои : 10.1007/s00348-009-0629-2 .

[23] Бюхнер, AJ; Бухманн, Н.А.; Килани, К.; Аткинсон, К.; Сория, Дж. (2012). «Стереоскопическая и томографическая PIV качковой пластины». Эксперименты с жидкостями . 52 (2): 299–314. Бибкод : 2012ExFl...52..299B . дои : 10.1007/s00348-011-1218-8 . S2CID 121719586 .

[24] Д. Виолато, П. Мур и Ф. Скарано, «Оценка лагранжевого и эйлерова поля давления потока стержень-профиль на основе томографической PIV с временным разрешением», «Эксперименты в жидкостях», 2010

[25] Ким, С. Гроссе С; Эльсинга, GE; Вестервил, Дж. (2011). «Полное измерение скорости 3D-3C внутри капли жидкости» . Эксперименты с жидкостями . 51 (2): 395–405. Бибкод : 2011ExFl...51..395K . дои : 10.1007/s00348-011-1053-y .

[26] Адхикари, Д.; Лонгмайр, Э. (2013). «Инфракрасная томографическая система PIV и трехмерного отслеживания движения, применяемая для взаимодействия водных хищников и жертв». Измерительная наука и технология . 24 (2): 024011. Бибкод : 2013MeScT..24b4011A . дои : 10.1088/0957-0233/24/2/024011 . S2CID 122840639 .

[27] Адхикари, Д.; Геммелл, Б.; Халлберг, М.; Лонгмайр, Э.; Баски, Э. (2015). «Одновременное измерение трехмерных траекторий зоопланктона и поля скорости окружающей жидкости в сложных потоках» . Журнал экспериментальной биологии . 218 (22): 3534–3540. дои : 10.1242/jeb.121707 . ПМИД 26486364 .

[28] Адхикари, Д.; Вебстер, Д.; Йен, Дж. (2016). «Портативные томографические измерения PIV плавающих антарктических птеропод с панцирем». Эксперименты с жидкостями . 57 (12): 180. Бибкод : 2016ExFl...57..180A . дои : 10.1007/s00348-016-2269-7 . S2CID 125624301 .

[29] Омран, А.; Петерссон, П.; Альден, М.; Линн, Массачусетс (2008). «Одновременное двумерное измерение скорости потока и температуры газа с использованием термографических люминофоров». Прикладная физика Б: Лазеры и оптика . 92 (1): 99–102. Бибкод : 2008ApPhB..92...99O . дои : 10.1007/s00340-008-3051-1 . S2CID 121374427 .

[30] Фонд, Б.; Абрам, К.; Привет, Эл; Кемпф, AM; Бейрау, Ф. (2012). «Одновременное отображение температуры, фракции смеси и скорости в турбулентных потоках с использованием термографических частиц-индикаторов люминофора» . Оптика Экспресс . 20 (20): 22118–22133. Бибкод : 2012OExpr..2022118F . дои : 10.1364/oe.20.022118 . ПМИД 23037361 .

[31] Абрам, К.; Фонд, Б.; Привет, Эл; Бейрау, Ф. (2013). «Высокоскоростная планарная термометрия и велосиметрия с использованием термографических частиц люминофора» . Прикладная физика Б: Лазеры и оптика . 111 (2): 155–160. Бибкод : 2013ApPhB.111..155A . дои : 10.1007/s00340-013-5411-8 .

[32] ООО, ВОЙЦЕХ МАЕВСКИ, MICROVEC PTE. «Искусственный интеллект в измерениях скорости изображений частиц» . www.photonics.com . Проверено 17 марта 2021 г. {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[33] Брауд, К; Либерзон, А (2018). «Методы обработки в реальном времени для характеристики продольных вихрей». Журнал ветротехники и промышленной аэродинамики . 179 : 14–25. arXiv : 1612.05826 . дои : 10.1016/j.jweia.2018.05.006 . S2CID 116053665 .

[34] Луептоу, РМ; Аконур, А.; Шинброт, Т. (2000). «PIV для сыпучих потоков». Эксперименты с жидкостями . 28 (2): 183–186. дои : 10.1007/s003480050023 . S2CID 113397348 .

[35] Джайн, Н.; Оттино, Дж. М.; Луептоу, Р.М. (2002). «Экспериментальное исследование стекающего зернистого слоя во вращающемся барабане». Физика жидкостей . 14 (2): 572–582. Бибкод : 2002PhFl...14..572J . дои : 10.1063/1.1431244 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]

[29]

[30]

[31]

[32]

[33]

[34]

[35]