صورة velocimetry الجسيمات ( PIV ) هو نوع من عدم الاتصال قياس سرعة السائل التكنولوجيا ، والتي يتم تطبيقها على نطاق واسع في مجال البحوث الهيدروديناميكية ، والهندسة ، مختبر اختبار . من خلال تحليل صورة الجسيمات في التدفق ، فإنه يحصل على معلومات عن حركة الجسيمات في السائل ، وبالتالي حساب سرعة السائل في الميدان . وفيما يلي تحليل مفصل عن تقنيات قياس سرعة الجسيمات صورة velocimetry . . . . . . .
أولاً - المبادئ الأساسية
المبدأ الأساسي من الجسيمات صورة velocimetry هو استخدام الليزر لإشعال الجسيمات الدقيقة ( عادة عدة ميكرون إلى عشرات ميكرون ) في السائل ، والتقاط حركة الجسيمات في فترة قصيرة من الزمن من خلال الكاميرا . وتشمل الخطوات المحددة ما يلي :
激光照明：
شعاع الليزر ( على سبيل المثال ، ليزر نابض ) يستخدم لإلقاء الضوء على الجسيمات في السائل على شكل بقعة ضوء مستو بحيث حركة الجسيمات يمكن ملاحظتها بوضوح .
التصوير
كاميرا عالية السرعة ( أو كاميرا رقمية ) يأخذ صورة الجسيمات في السائل في فترة زمنية محددة . هذا الفاصل الزمني هو عادة على مستوى ميكروثانية للقبض على الجسيمات تتحرك بسرعة .
معالجة الصور
من خلال تقنيات معالجة الصور ، مثل عبر الارتباط ، وتشريد الجسيمات في الصورتين يتم تحليلها . سرعة السائل يمكن حسابها على أساس الموقف من الجسيمات في اثنين من لحظات .
حساب السرعة :
من خلال التحليل الإحصائي من تشريد العديد من الجسيمات في الصورة ، توزيع السرعة في كل ميدان جريان يتم إنشاؤها .
ثانياً - العناصر الرئيسية لتكنولوجيا قياس السرعة
اختيار الجسيمات
كمية كافية من الجسيمات يجب أن تكون معلقة في السائل قياس حجم وكثافة الجسيمات يجب أن تكون مناسبة للحفاظ على تتبع جيد مع حركة السوائل . تستخدم عادة مواد الجسيمات البوليسترين ، الخرز الزجاجي ، وهلم جرا .
أنظمة الليزر
اختيار مصدر الليزر المناسبة لضمان أن بقعة الليزر يمكن أن تغطي المنطقة التي تحتاج إلى قياس . أنواع الليزر المستخدمة عادة تشمل Nd : YAG ليزر ، ليزر ثاني أكسيد الكربون .
الكاميرا والتصوير :
معدل الإطار والقرار من كاميرا عالية السرعة تؤثر بشكل مباشر على دقة القياس . ارتفاع معدل الإطار يساعد على التقاط التدفق السريع ، في حين أن ارتفاع القرار يمكن أن تزيد من دقة الجسيمات الموقف .
الفاصل الزمني
الفاصل الزمني بين اثنين من الصور ( عادة في ميكروثانية ) ينبغي أن تكون مصممة بشكل صحيح للتأكد من أن التشرد الجسيمات يمكن قياسها بدقة دون أن يؤدي إلى فقدان القدرة على تتبع كبير جدا .
خوارزميات معالجة الصور
باستخدام خوارزميات معالجة الصور المتقدمة ، مثل خوارزمية PIV ، الاتحاد الفرنسي للتنس ( تحويل فورييه السريع ) ، وهلم جرا ، الجسيمات الصور وتحليلها ، وبالتالي سرعة استخراج المعلومات .
ثالثاً - مجالات التطبيق
بحوث ميكانيكا الموائع :
تستخدم في البحوث الأساسية والمختبرات لمساعدة العلماء على فهم خصائص تدفق السوائل ، بما في ذلك الاضطرابات ، طبقة الحدود وغيرها من الظواهر .
التطبيقات الهندسية :
في مجال اختبار نفق الرياح ، وتصميم السفن والسيارات الديناميكا الهوائية ، PIV التكنولوجيا المستخدمة لتقييم حالة تدفق حول الجسم وتحسين التصميم .
الطب الحيوي
فائدة نموذج يستخدم في قياس تدفق الدم ، التنفس ديناميكا السوائل ، وغيرها من المجالات الطبية الحيوية ، ويساعد على دراسة العمليات الفسيولوجية مثل الدورة الدموية وتبادل الغازات .
الرصد البيئي
فائدة نموذج يمكن استخدامها لرصد المشاكل البيئية مثل تدفق المياه ، ونشر الملوثات ، وما إلى ذلك ، يمكن أن توفر بيانات هامة لدعم .
رابعاً - المزايا والتحديات
هيمنة
عدم الاتصال قياس : لا تتداخل مع تدفق السائل ، ويمكن تحقيق في الوقت الحقيقي رصد .
ارتفاع القرار المكانية والزمانية : يمكن أن توفر معلومات مفصلة عن توزيع السرعة الميدانية .
متعدد الأبعاد قياس : قياس ثلاثي الأبعاد في مجال السرعة ، والتكيف مع تدفق معقدة من المشاكل .
تحدي
تتبع الجسيمات الحد : الجسيمات يجب أن تكون صغيرة بما فيه الكفاية و موزعة بشكل موحد ، الجسيمات الكبيرة جدا يمكن أن يؤدي إلى خطأ في القياس .
تدفق معقدة تدخل : في بعض الحالات المعقدة ، الجسيمات قد لا تعكس تماما المسار الحقيقي من السوائل .
متطلبات معالجة البيانات : قوية القدرة على معالجة البيانات اللازمة ، لا سيما في التصوير عالية الدقة ، وسوف تنتج كمية كبيرة من البيانات ، وارتفاع الطلب على موارد الحوسبة .
خامساً - الاتجاهات المستقبلية
الذكاء والأتمتة : مع تطور الذكاء الاصطناعي آلة التعلم ، نظام PIV في المستقبل قد يكون أكثر كفاءة في معالجة الصور وتحليل البيانات .
المقاييس قياس : الجمع بين تقنيات قياس السوائل الأخرى ، وتحقيق تدفق متعدد المستويات تحليل الخصائص من المجهرية إلى العيانية .
في الوقت الحقيقي رصد ردود الفعل : دمج آلية التغذية المرتدة في الوقت الحقيقي ، يمكن تحقيق التكيف الدينامي و التحسين في السائل التجربة .
ارتفاع القرار التصوير : تحسين دقة القياس و القرار من خلال تقنيات التصوير الجديدة ، مثل جزيء واحد التصوير .
الاستنتاج
الجسيمات صورة velocimetry ، متقدمة أداة قياس سرعة السائل ، وقد تم تطبيقها على نطاق واسع في العديد من المجالات . من خلال الابتكار التكنولوجي المستمر والتنمية ، PIV التكنولوجيا ستواصل تقديم أكثر دقة في الوقت الحقيقي تدفق البيانات لدعم البحوث العلمية والتطبيقات الهندسية .