Цель протокола состоит в том, чтобы обеспечить визуализацию подробных полей потока и определение ближнего пограничного сдвига и нормальных напряжений в равновесном рыскании отверстие индуцированное вибрирующим трубопроводом.
Экспериментальный метод представлен в этой работе для облегчения визуализации подробных полей потока и определения ближнего пограничного сдвига и нормальных напряжений в равновесном рыскании отверстие индуцированной вибрирующим трубопроводом. Этот метод включает в себя внедрение системы вибрации трубопровода в прямой флейм, временно решенной системы велоциметрии изображения частиц (PIV) для отслеживания смещения трубопровода и измерений полей потока. Временные временные ряды вибрирующего трубопровода получаются с помощью алгоритмов кросс-корреляции. Описаны шаги по обработке груженых изображений необработанных частиц, полученных с помощью разрешенного во времени PIV. Подробные поля мгновенного потока вокруг вибрирующего трубопровода на различных вибрирующих фазах рассчитываются с помощью многовременного интервала кросс-корреляции алгоритма, чтобы избежать ошибки смещения смещения в регионах потока с большим градиентом скорости . Применяя технику преобразования волнообразов, захваченные изображения, которые имеют ту же фазу вибрации, точно каталогизируются до получения полей усредненных скоростей. Ключевыми преимуществами метода измерения потока, описанного в настоящей статье, является то, что он имеет очень высокое временное и пространственное разрешение и может одновременно использоваться для получения динамики трубопровода, полей потока и приблизительных напряжений потока. С помощью этого метода можно проводить более углубленные исследования 2-мерного поля потока в сложной среде, например, вокруг вибрирующего трубопровода, чтобы лучше понять связанный с ним сложный механизм рыскания.
Подводные трубопроводы широко используются в морских средах для транспортировки жидких или гидроуглеродных продуктов. Когда трубопровод находится на эродируемом морском дне, рыскание отверстие вокруг трубопровода, вероятно, образуется из-за волн, течений или динамических движений самого трубопровода (принудительной вибрации или вихревой индуцированной вибрации)1,2. Для улучшения понимания механизма рыскания вокруг подводного трубопровода, измерения бурных полей потока и оценки сдвига кровати и нормальных напряжений в области взаимодействия трубопровода-жидкости и морского дна имеют важное значение в дополнение к измерения размером рыскания1,2,3,4,5,6,7. В среде, где сдвига кровати и нормальные стрессы чрезвычайно трудно определить, потому что поле потока является нестационарным и нижняя граница грубая, измеряется мгновенных приблизительных напряжений (примерно на 2 мм выше границы) может быть используется в качестве их суррогатной8,9. В последние несколько десятилетий, рыскать вокруг вибрирующего трубопровода был изучен и опубликован без количественного представления значений сложных полей потока вокруг трубопровода в рыскание отверстие3,4, 5,10,11,12,13,14,15,16,17, 18. Таким образом, цель этого метода бумаги заключается в том, чтобы обеспечить новый экспериментальный протокол для визуализации подробных полей потока и определить ближайший пограничный сдвига и нормальных напряжений в равновесной рыскать отверстие индуцированной принудительного вибрирующего трубопровода. Следует отметить, что процесс взаимодействия трубопровода и жидкости и морского дна в данном исследовании находится в спокойной водной среде, а не с однонаправленными течениями и волнами.
Этот экспериментальный метод состоит из двух важных компонентов, а именно: (1) моделирование трубопроводных (принудительных) вибраций; и (2) измерения полей потока вокруг трубопровода. В первом компоненте вибрирующий трубопровод был смоделирован в экспериментальном флейме с помощью вибрирующей системы, которая имеет сервопривод, два соединительных пружина и опорные рамы трубопровода. Различные частоты вибрации и амплитуды могут быть смоделированы путем регулировки скорости двигателя и расположения соединительных пружин. Во втором компоненте были приняты методы измерения образов частиц (PIV) и волнообразной трансформации для получения данных о потоке высокого временного и пространственного разрешения на различных фазах вибрации трубопровода. Система PIV, разрешаемые по времени, состоит из непрерывного волнового лазера, высокоскоростной камеры, посевных частиц и алгоритмов кросс-корреляции. Хотя методы PIV были широко использованы в получении устойчивых бурных полей потока19,20,21,22,23,24,25, применения в сложных условиях нестационарного течения, таких как случаивзаимодействия трубопроводных жидкостей и морского дна, относительно ограничены 8,9,26,27. Причина, вероятно, потому, что традиционный одноразовый межрайонный кросс-корреляционный алгоритм методов PIV не в состоянии точно захватить функции потока в нестационарных полях потока, где присутствует относительно высокий градиент скорости9, 20. Метод, описанный в настоящем документе, может решить эту проблемус помощью многократного межкорреляционного алгоритма 9,28.
Протокол, представленный в настоящем документе, описывает метод визуализации двухмерных полей потока и определения ближайших пограничных полей напряжения потока вокруг принудительного вибрирующего трубопровода в равновесном рыскании отверстие с помощью методов PIV. Поскольку проек?…
The authors have nothing to disclose.
Эта работа была поддержана Фондом молодых ученых Национального фонда естественных наук Китая (51709082) и Фондами фундаментальных исследований для центральных университетов (2018B13014).
Camera control software | Vision Research | Phantom PCC 2.6 | Camera control, image data acquisition and processing |
Camera lens | Nikon Chiyoda | Nikor 60mm, f=2.8 prime lens | |
Continuous wave laser | Beijing Laserwave optoelectronics technology co. ltd. | PIV Laser source; Nd:YAG laser, 532 nm; air-cooling | |
High-speed camera | Vision Research | Phantom Miro 120 | Image data recording |
Laser sheet forming optics | Thorlabs Inc | Transform the point laser to a thin laser sheet | |
Pipeline model | ZONCEPZ SOLUTIONS | Acrylic cylinder with a diameter of 35 mm | |
Pipeline vibration system | ZONCEPZ SOLUTIONS | Consists of a sever motor, two connecting springs and pipeline supporting frames. | |
PIV calcuation software | AXESEA Engineering Technology Limited Co. | PISIOU | Image data processing for obtaining flow fields and pipeline displacements |
PIV seeding materials | Shimakyu | Aluminum powder with a diameter of 10um | |
Recirculating flume | SZU ENGINEERING PTE LTD | Glass-sided, 11 m long, 0.6 m wide, and 0.6 m deep | |
Tri-pod | MANFROTTO | SKU MT190GOC4US 410 | Camara supporting |