METODA KOREKTY WYKRESÓW PÓL PRĘDKOŚCI W CYFROWEJ ANEMOMETRII OBRAZOWEJ

Podobne dokumenty
Fizyka. Kurs przygotowawczy. na studia inżynierskie. mgr Kamila Haule

Instytut Mechatroniki i Systemów Informatycznych. Podstawy pomiaru i analizy sygnałów wibroakustycznych wykorzystywanych w diagnostyce

2. Tensometria mechaniczna

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI W KLASIE IIc ZAKRES PODSTAWOWY I ROZSZERZONY

Realizacje zmiennych są niezależne, co sprawia, że ciąg jest ciągiem niezależnych zmiennych losowych,

Zastosowanie multimetrów cyfrowych do pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych

Wymagania edukacyjne matematyka klasa 2 zakres podstawowy 1. SUMY ALGEBRAICZNE

Wymagania edukacyjne matematyka klasa 2b, 2c, 2e zakres podstawowy rok szkolny 2015/ Sumy algebraiczne

usuwa niewymierność z mianownika wyrażenia typu

2. FUNKCJE WYMIERNE Poziom (K) lub (P)

Przedmiotowy system oceniania z matematyki wraz z określeniem wymagań edukacyjnych (zakres podstawowy) Klasa II LO

METODYKA OCENY WŁAŚCIWOŚCI SYSTEMU IDENTYFIKACJI PARAMETRYCZNEJ OBIEKTU BALISTYCZNEGO

WYZNACZANIE OGNISKOWEJ SOCZEWEK CIENKICH ZA POMOCĄ ŁAWY OPTYCZNEJ

Propozycja przedmiotowego systemu oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych (zakres podstawowy)

MATeMAtyka 3 inf. Przedmiotowy system oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych. Zakres podstawowy i rozszerzony. Dorota Ponczek, Karolina Wej

Modelowanie 3 D na podstawie fotografii amatorskich

KOMPLEKSOWE POMIARY FREZÓW OBWIEDNIOWYCH

Przedmiotowy system oceniania z matematyki wraz z określeniem wymagań edukacyjnych (zakres podstawowy) Klasa II TAK

wersja podstawowa (gradient)

Algorytmy graficzne. Filtry wektorowe. Filtracja obrazów kolorowych

KSZTAŁTOWANIE ŁUKOWO-KOŁOWEJ LINII ZĘBÓW W UZĘBIENIU CZOŁOWYM NA FREZARCE CNC

ZASTOSOWANIE RÓWNANIA NASGRO DO OPISU KRZYWYCH PROPAGACYJI PĘKNIĘĆ ZMĘCZENIOWYCH

Wymagania edukacyjne z matematyki FUNKCJE dopuszczającą dostateczną dobrą bardzo dobrą

Wektor kolumnowy m wymiarowy macierz prostokątna o wymiarze n=1 Wektor wierszowy n wymiarowy macierz prostokątna o wymiarze m=1

BADANIE ZALEŻNOŚCI PRZENIKALNOŚCI MAGNETYCZNEJ

CAŁKOWANIE NUMERYCZNE

symbol dodatkowy element graficzny kolorystyka typografia

Wykład 6 Dyfrakcja Fresnela i Fraunhofera

Grażyna Nowicka, Waldemar Nowicki BADANIE RÓWNOWAG KWASOWO-ZASADOWYCH W ROZTWORACH ELEKTROLITÓW AMFOTERYCZNYCH

Katalog wymagań programowych na poszczególne stopnie szkolne. Matematyka. Poznać, zrozumieć

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI DLA KLASY VIII w roku szkolnym 2015/2016

Wyrównanie sieci niwelacyjnej

Równania i nierówności kwadratowe z jedną niewiadomą

Załącznik nr 3 do PSO z matematyki

Technikum Nr 2 im. gen. Mieczysława Smorawińskiego w Zespole Szkół Ekonomicznych w Kaliszu

Wymagania kl. 2. Uczeń:

Uszczelnienie przepływowe w maszyn przepływowych oraz sposób diagnozowania uszczelnienia przepływowego zwłaszcza w maszyn przepływowych

Oznaczenia: K wymagania konieczne; P wymagania podstawowe; R wymagania rozszerzające; D wymagania dopełniające; W wymagania wykraczające

Metoda sił jest sposobem rozwiązywania układów statycznie niewyznaczalnych, czyli układów o nadliczbowych więzach (zewnętrznych i wewnętrznych).

Matematyka stosowana i metody numeryczne

POMIAR, JEGO OPRACOWANIE I INTERPRETACJA

STYLE. TWORZENIE SPISÓW TREŚCI

Wymagania edukacyjne z matematyki

Kodowanie liczb. Kodowanie stałopozycyjne liczb całkowitych. Niech liczba całkowita a ma w systemie dwójkowym postać: Kod prosty

Wymagania na ocenę dopuszczającą z matematyki klasa II Matematyka - Babiański, Chańko-Nowa Era nr prog. DKOS /02

WERYFIKACJA KODU CFD DLA SYMULACJI PRZEPŁYWU CIECZY WOKÓŁ PĘKU RUR PRZY UŻYCIU METODY DPIV

Szczegółowe wymagania edukacyjne z matematyki, klasa 2C, poziom podstawowy

Wykład 2. Pojęcie całki niewłaściwej do rachunku prawdopodobieństwa

Wymagania edukacyjne na poszczególne oceny z matematyki w klasie II poziom rozszerzony

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie. Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej

Modelowanie i obliczenia techniczne. Metody numeryczne w modelowaniu: Różniczkowanie i całkowanie numeryczne

Analiza matematyczna i algebra liniowa

Karta oceny merytorycznej wniosku o dofinansowanie projektu innowacyjnego testującego składanego w trybie konkursowym w ramach PO KL

Wymagania edukacyjne z matematyki Klasa IIB. Rok szkolny 2013/2014 Poziom podstawowy

Macierz. Wyznacznik macierzy. Układ równań liniowych

WEKTORY skalary wektory W ogólnym przypadku, aby określić wektor, należy znać:

Zadania. I. Podzielność liczb całkowitych

CAŁKOWANIE NUMERYCZNE

Metody określania macierzy przemieszczeń w modelowaniu przewozów pasażerskich. mgr inż. Szymon Klemba Warszawa, r.

Materiały pomocnicze do ćwiczeń z przedmiotu: Ogrzewnictwo, wentylacja i klimatyzacja II. Klimatyzacja

Zastosowanie analizy widmowej sygnału ultradwikowego do okrelenia gruboci cienkich warstw

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI W KLASIE Ib ZAKRES PODSTAWOWY

WEKTORY skalary wektory W ogólnym przypadku, aby określić wektor, należy znać:

DZIAŁ 2. Figury geometryczne

ZASTOSOWANIE ANALIZY CZASOWO-CZĘSTOTLIWOŚCIOWEJ W DIAGNOZOWANIU LOKALNYCH USZKODZEŃ PRZEKŁADNI ZĘBATYCH

Redukcja układów sił działających na bryły sztywne

Poniżej przedstawiony został podział wymagań na poszczególne oceny szkolne:

KONKURS MATEMATYCZNY dla uczniów gimnazjów w roku szkolnym 2012/13. Propozycja punktowania rozwiązań zadań

ĆWICZENIE ANALIZA SITOWA I PODSTAWY OCENY GRANULOMETRYCZNEJ SUROWCÓW I PRODUKTÓW

O RELACJACH MIĘDZY GRUPĄ OBROTÓW, A GRUPĄ PERMUTACJI

Wymagania na poszczególne oceny z matematyki w Zespole Szkół im. St. Staszica w Pile. Kl. I poziom podstawowy

Ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotu : Napędy Hydrauliczne i Pneumatyczne

Charakterystyki oraz wyszukiwanie obrazów cyfrowych

Prace Koła Matematyków Uniwersytetu Pedagogicznego w Krakowie (2014)

Legenda. Optymalizacja wielopoziomowa Inne typy bramek logicznych System funkcjonalnie pełny

Aparatura sterująca i sygnalizacyjna Czujniki indukcyjne zbliżeniowe LSI

Dorota Ponczek, Karolina Wej. MATeMAtyka 2. Plan wynikowy. Zakres podstawowy

smoleńska jako nierozwiązywalny konflikt?

ZADANIA OTWARTE. Są więc takie same. Trzeba jeszcze pokazać, że wynoszą one 2b, gdyż taka jest długość krawędzi dwudziestościanu.

WYMAGANIA I KRYTERIA OCENIANIA Z MATEMATYKI W 3 LETNIM LICEUM OGÓLNOKSZTAŁCĄCYM

Wykład 2. Granice, ciągłość, pochodna funkcji i jej interpretacja geometryczna

Przedmiotowy system oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych klasa druga zakres podstawowy

POMIAR MODUŁU SPRĘŻYSTOŚCI STALI PRZEZ POMIAR WYDŁUŻENIA DRUTU

SZTUCZNA INTELIGENCJA

Układ elektrohydrauliczny do badania siłowników teleskopowych i tłokowych

2. PODSTAWY STATYKI NA PŁASZCZYŹNIE

WENTYLACJA PRZESTRZENI POTENCJALNIE ZAGROŻONYCH WYBUCHEM MIESZANIN GAZOWYCH

Ochrona przed przepięciami w sieciach ISDN

WPŁYW WILGOTNOŚCI NA SZTYWNOŚCIOWE TŁUMIENIE DRGAŃ KONSTRUKCJI DREWNIANYCH

EGZAMIN MATURALNY OD ROKU SZKOLNEGO 2014/2015 MATEMATYKA POZIOM ROZSZERZONY ROZWIĄZANIA ZADAŃ I SCHEMATY PUNKTOWANIA (A1, A2, A3, A4, A6, A7)

LISTA02: Projektowanie układów drugiego rzędu Przygotowanie: 1. Jakie własności ma równanie 2-ego rzędu & x &+ bx&

PRZEDMIOTOWY SYSTEM OCENIANIA Z MATEMATYKI W II LICEUM OGÓLNOKSZTAŁCĄCYM im. M. KONOPNICKIEJ W RADOMIU

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Energia aktywacji jodowania acetonu. opracowała dr B. Nowicka, aktualizacja D.

Temat lekcji Zakres treści Osiągnięcia ucznia

Wspomaganie obliczeń za pomocą programu MathCad

4. RACHUNEK WEKTOROWY

O pewnych zgadnieniach optymalizacyjnych O pewnych zgadnieniach optymalizacyjnych

Notatki do tematu Metody poszukiwania rozwiązań jednokryterialnych problemów decyzyjnych metody dla zagadnień liniowego programowania matematycznego

Karta oceny merytorycznej wniosku o dofinansowanie projektu konkursowego PO KL 1

KOMPENDIUM MATURZYSTY Matematyka poziom podstawowy

Transkrypt:

Suchecki Witold, Albrudziński Słwomir Politechnik Wrszwsk Instytut Inżynierii Mechnicznej w Płocku METODA KOREKTY WYKRESÓW PÓL PRĘDKOŚCI W CYFROWEJ ANEMOMETRII OBRAZOWEJ Słow kluczowe: cyfrow nemometri obrzow, korelcj obrzów, wizulizcj przepływów, pol prędkości cieczy Streszczenie: Zrelizown prc mił n celu oprcownie i opnownie metody korekty wykresów pól prędkości otrzymnych dzięki cyfrowej nemometrii obrzowej. Oprcowno lgorytm mjący n celu identyfikcję wektorów błędnych orz zstąpienie ich wektormi uśrednionymi. N podstwie lgorytmu npisno progrm komputerowy (dl systemu Linux) orz przeprowdzono szereg obliczeń celem weryfikcji. Uzyskne wyniki pozwoliły stwierdzić przydtność zstosownych metod orz dostrczyły wiele istotnych i cennych informcji mogących zncznie udoskonlić metodę dl przepływów ustlonych i qusi-ustlonych. WPROWADZENIE Zgdnieni pomirowe zwsze odgrywły w technice szczególną rolę. Mterił doświdczlny zebrny w pomirch umożliwi sprwdzenie modeli teoretycznych orz opis zjwisk, dl których opis teoretyczny jeszcze nie powstł lub jego stworzenie z różnych względów nie jest możliwe (np. złożoność tych zjwisk). W tkich przypdkch dne eksperymentlne umożliwiją zrówno projektownie nowych, jk też optymlizcję już istniejących konstrukcji mszyn i prtów przemysłowych. W wielu zdnich inżynierskich możn spotkć problemy dotyczące szczegółowego opisu chrkterystyki przepływu płynów. Njistotniejszymi prmetrmi pozwljącymi uzyskć dużą ilość cennych informcji o strukturze tego przepływu mogą być pol tempertur, pol ciśnień, linie prądu orz pol prędkości. W kżdym z przypdków wżne jest, by zebrć tki mterił do pomirów lub bdń, który pozwoliłby, czy to ze względu n jkość, ilość, czy też inne czynniki, n wydobycie z niego jk njwiększej ilości dnych o możliwie dużej wrtości. Jko mterił nleży rozumieć kżdy rodzj nośnik informcji o bdnym zjwisku. Mogą nim być zdjęci, filmy, le tkże np. odczyty z urządzeń pomirowych. Postępownie przy nlizowniu przepływu może być brdzo różne w zleżności od chrkteru zebrnych do obróbki mteriłów i rodzju bdń; od oceny wzrokowej obserwownego nieuzbrojonym okiem przepływu, poprzez różnego rodzju sondy i mierniki ż do nlizy mteriłu fotogrficznego, czy w końcu do pomirów przy użyciu sprzętu komputerowego. Oczywiste jest, że kżd metod dje pewne korzyści z jej zstosowni, które wyróżniją ją spośród innych. Obserwcj przepływu gołym okiem nie jest wprwdzie

metodą djącą dokłdne wrtości liczbowe, le jej zletą jest prostot i szybkość orz duż ilość ogólnych informcji jkie możn przy jej pomocy uzyskć, nieosiąglnych np. modelowniem mtemtycznym. Podobnie i inne metody mją swoje zlety (orz wdy) w zstosowniu do różnych rodzjów pomirów. Przy wyznczniu pól prędkości mteriłem do bdń są obrzy przepływu. Mogą być one otrzymne z różnych źródeł, nliz ich poleg n znlezieniu przemieszczeń cząstek między kolejnymi rejestrcjmi przy znjomości kroku czsowego z jkim zostły one wykonne orz skli obrzu. Zstosownie metod numerycznych otworzyło nowe możliwości w tej dziedzinie. Bdni eksperymentlne, których celem jest uzysknie podstwowych chrkterystyk hydrodynmicznych, możn przeprowdzć stosując optyczne metody nlizy przepływu. Jedną z nich jest cyfrow nemometri obrzow - metod pomiru pól prędkości wykorzystując cząstki wskźnikowe [4, 7, 9].. CYFROWA ANEMOMETRIA OBRAZOWA - DPIV Cyfrow nemometri obrzow z wykorzystniem cząstek zncznikowych (Digitl Prticle Imge Velocimetry - DPIV) jest techniką, któr pozwl n znlezienie wektorów prędkości przepływjącego płynu metodą korelcji obrzów [2, 6]. Cząstki zncznikowe wprowdzne są do ukłdu w celu umożliwieni obserwcji przepływu i zchowni się wrstw płynu. Muszą one spełnić szereg wrunków, by nie powodowły zkłóceń, tym smym nie wprowdzły błędnych informcji do nlizy. Przyjmując, że znczniki dobrne zostły w sposób prwidłowy możn przyjąć, że ich przemieszczenie jest funkcją prędkości cieczy, co pozwl odnjdując przemieszczeni cząstek n nlizownych obrzch wyznczyć z ich pomocą wektory prędkości unoszącej je cieczy. Obrzmi przepływu cieczy są kolejne kltki filmu, rejestrownego cyfrową kmerą CCD i zpisywnego n dysku komputer PC. Obrzy przepływu powstją w dwuwymirowych przekrojch dzięki zstosowniu oświetleni równoległą płszczyzną świetlną. Dl znlezieni przemieszczeni cząstek poszukiwn jest funkcj korelcji (splotu) dl dwóch kolejnych obrzów. Poszukiwnie przemieszczeń orz przelicznie ich n wektory prędkości odbyw się wg nstępującego schemtu: podził nlizownych obrzów n sekcje, znlezienie przemieszczeni sekcji obrzu 2 względem obrzu metodą korelcji obrzów (rys. ), uwzględnijąc współczynniki skli i czs między rejestrcją obrzów i 2, wyznczenie pol prędkości z uzysknych przemieszczeń (rys. 2), Y Y 2 2' δ X X Rys.. Przemieszczenie sekcji: - sekcj obrzu, 2 - sekcj obrzu 2, 2 - sekcj obrzu odnlezion n obrzie 2, δ - przemieszczenie sekcji 2 względem sekcji obrzu. - 2 -

Rys. 2. Zmin przemieszczeń n pole prędkości. Obliczeni mtemtyczne w głównej mierze sprowdzją się do wyznczeni współczynników korelcji frgmentów obrzów w celu znlezieni przemieszczeń cząstek orz do ich zminy n pol prędkości. W cyfrowej nemometrii obrzowej w celu wyznczeni korelcji obrzów stosuje się szybkie trnsformcje Fourier (FFT). Mirą zwrtości sekcji, dl których szukne jest przemieszczenie, są rozkłdy jsności obrzu, które określją grupy cząstek i to włśnie przesunięcie tych grup n dwóch obrzch jest poszukiwne. Znlezione rozwiąznie możn potrktowć jko średnie przemieszczenie wszystkich zwrtych w sekcji cząstek zncznikowych. Ze stwierdzeni tego wynik, że metod m chrkter sttystyczny i by wyniki z jej zstosowni były mirodjne konieczne jest, by dną sekcję reprezentowł odpowiedni liczb cząstek pozwljąc n wyznczenie ich przemieszczeni ze stosunkowo dużą pewnością. Obliczony współczynnik korelcji między dną sekcją znlezionym n drugim obrzie jej odpowiednikiem powinien być jk njbliższy jedności, rozkłd korelcji powinien pozwlć n jednoznczne wskznie punktu o njwiększym dopsowniu. Mł liczb cząstek powoduje, że może zdrzyć się sytucj, w której możliwe będzie odnlezienie kilku punktów o wysokiej i zbliżonej do siebie korelcji. Uzysknie ilości co njmniej 4-6 cząstek zncznikowych w obszrze sekcji pozwoli n stosunkowo pewne wskznie prwidłowego przemieszczeni, tym smym wyznczeni dl niej wektor prędkości. Rozptrując wrunki orz schemt postępowni przy wyznczniu pól prędkości z wykorzystniem metody DPIV, możn stwierdzić, że dokłdność pomiru wynikjąc z jej zstosowni zleży głównie od tkich prmetrów jk [2, 6]: - wielkość nlizownego okn (sekcji obrzu); większe okno zwiększ obszr przepływu, gdzie prędkość uleg uśrednieniu, - względn prędkość przepływu; mksymln wielkość rejestrownego przemieszczeni nie powinn przekrczć /2 wielkości okn, - wrtość skłdowej pol prędkości równoległej do płszczyzny rejestrcji i prostopdłej do płszczyzny oświetlni ukłdu; pojwinie się i zniknie cząstek przecinjących płszczyznę świetlną w czsie pomiru pogrsz dokłdność wyznczeni średniego przemieszczeni.. Korelcj obrzów W metodzie DPIV mjącej chrkter sttystyczny (uśredninie prędkości w obszrze sekcji) zgdnienie podobieństw jest wykorzystywne do odnjdowni przemieszczeń cząstek. Mirą podobieństw jest tu współczynnik korelcji. Przyjmując, że współczynnik korelcji równy jedności ozncz cłkowite podobieństwo dwóch zbiorów, równy zeru wskzuje n brk jkichkolwiek wspólnych cech, to n podstwie nlizy szeregu wrtości współczynnik korelcji dl frgmentów dwóch obrzów możn wskzć punkt odpowidjący njwyższemu podobieństwu (mks. współczynnik korelcji). Odpowid on - 3 -

przesunięciu jkiemu uległy względem siebie cząstki n kolejnych obrzch. W przypdku nlizy obrzu mło prwdopodobne jest uzysknie współczynnik korelcji równego jedności. Odpowidją z to szumy spowodowne rejestrcją obrzu kmerą CCD, nierównomierności oświetleni orz zminy położeni cząstek zncznik w obrębie jednego okn nlizującego. Poszukiwn jest nie wrtość, mksymln w nlizownym zbiorze. W przypdku nlizy dwóch odrębnych obrzów z jednej rejestrcji mmy do czynieni z interkorelcją []. Możliwe jest tkże poddnie nlizie jednego obrzu, n którym zrejestrowne są dw kolejne położeni cząstek będących np. wynikiem podwójnego nświetleni pojedynczej kltki filmu. W tkim przypdku funkcję podobieństw w obrębie frgmentu jednego obrzu nzyw się utokorelcją. Dw cyfrowe obrzy przepływu cieczy z unoszonymi cząstkmi zncznikowymi zrejestrowne z krokiem czsowym t mogą być reprezentowne przez prostokątny, dyskretny rozkłd jsności pikseli obrzów w postci mcierzy [5] I (i, j) orz I 2 (i, j ) gdzie: i M-; j N-; M N - rozmir obrzu (tblic pikseli). Oznczjąc rozptrywne sekcje obrzów I orz I 2 przez I s orz I s2 tkże oznczjąc ich rozmir jko m n, dyskretną przestrzenną funkcję interkorelcji pomiędzy tymi dwom sekcjmi możn przedstwić jko gdzie: x m-; y n-. n m s s2 i= j= R( x, y) = I ( i, j) I ( i x, j y) Przedstwioną funkcję w postci znormlizownej możn przedstwić jko ρ( x, y) = n m i= j= n m i= I (, i j) I ( i x, j y) j= s s2 2 2 I (, i j) I (, i j) s n m któr może być zrelizown przez dwuwymirowe, dyskretne trnsformcje Fourier (2D- DFT) z pomocą szybkich trnsformcji Fourier (FFT) jko ρ( x, y) = F - (F(I s ) F(I s2 ) ) (3) gdzie: F - - odwrotn trnsformcj Fourier, F(I s ), F(I s2 ) - trnsformcje Fourier sekcji I s orz I s2. Wykorzystnie trnsformcji Fourier pociąg z sobą ogrniczenie mksymlnego przemieszczeni do /2 rozmiru sekcji. Wyznczenie większego przemieszczeni jest możliwe przez zstosownie równni (2) relizującego tę smą funkcję interkorelcji, lecz bez ogrniczeń co do mksymlnego przemieszczeni. Stosownie techniki FFT powoduje jednocześnie nłożenie szeregu ogrniczeń, wśród których jednym z istotniejszych jest ogrniczon rozdzielczość przestrzenn. Sttystyczny chrkter metody wymg wykonywni opercji n możliwie dużej próbce pikseli, więc możliwie dużym oknie, dl którego wyznczn jest średni wrtość przemieszczeni. Powoduje to spłszczenie chrkterystyk przepływu w obszrch o dużych grdientch prędkości. Jednym z możliwych rozwiązń tego problemu jest nliz przemieszczeń i= j= s2 () (2) - 4 -

frgmentów obrzów oprt n tzw. progrmowniu dynmicznym. Metod tk stosown przy nlizie ruchu obiektów dl tzw. potoków optycznych (opticl flow) zostł odpowiednio zdptown dl obrzów przepływów [3]. W rezultcie tej nowej procedury obliczeniowej, przemieszczenie jest określone dl kżdego piksel obrzu. Powstje więc gęste pole wektorowe, pozwljące n znlezienie subtelnych struktur przepływu i precyzyjną nlizę obszrów o dużych grdientch prędkości. Wysok dokłdność, możliwość odtworzeni pol prędkości dl rejonów o dużych grdientch orz duż rozdzielczość przestrzenn metody są szczególnie przydtne przy eksperymentlnej weryfikcji rezulttów obliczeń numerycznych. Obliczeni przeprowdzne tą metodą są jednk brdzo czsochłonne, dltego też jej stosownie jest ogrniczne do przypdków uzsdnionych. 2. FILTROWANIE WYKRESÓW PÓL WEKTOROWYCH Cyfrow nemometri obrzow (DPIV) jest doskonłym nrzędziem do weryfikcji modeli numerycznych CFD [8]. Wykresy pól prędkości uzyskne tą metodą zwierją zwsze pewną liczbę błędnych wektorów wynikjących z niedokłdności metody, nierównomierności oświetleni orz ewentulnych, loklnych zminch intensywności obrzu wynikjących np. z refleksów świetlnych. Oprcowno progrm do filtrowni wykresów uzysknych z korelcji obrzów metodą DPIV, którego celem jest usunięcie wektorów błędnych orz ewentulne ich zstąpienie średnimi z wektorów znjdujących się njbliżej wektor błędnego. 2. Usuwnie wektorów błędnych Oprcowno lgorytm, który kwlifikuje wektory n podstwie rozkłdu stndrdowego Guss i mediny (u,5, v,5 ). Dny wektor w r = [ u, v] jest uznny z błędny, jeśli nie spełni wrunku: u k u + u,5; + k u + u,5 (4) v k v + v,5; + k v + v,5 gdzie k określ przedził, w którym wektory uznwne są z poprwne, ntomist u i v są odchylenimi stndrdowymi współrzędnych n wektorów: n 2 u = ( ui u,5 ) (5) n i= n 2 v = ( vi v,5 ) (6) n i= Wrtością domyślną jest k = 3, jednk w prktyce okzło się, iż w wielu przypdkch zchodzi potrzeb zwężeni przedziłu i odrzuceni większej ilości wektorów. Zwężenie lub poszerzenie tego przedziłu możn osiągnąć przypisując k wrtość odpowiednio niższą lub wyższą podczs uruchmini progrmu. W miejsce wektorów błędnych wstwine są wektory zerowe lub wektory uśrednione. - 5 -

2.2 Oblicznie wektorów uśrednionych Oblicznie wrtości wektorów uśrednionych może odbywć się w ukłdzie krzyż lub ukłdzie gwizdy. N rysunku 3 przedstwiono schemty obliczni wektor średniego n podstwie wrtości wektorów znjdujących się w jego sąsiedztwie ( b = 2 ). ) b) b b b b Rys. 3. Schemty obliczni wektorów uśrednionych: ) w ukłdzie krzyż, b) w ukłdzie gwizdy. W przypdku ukłdu krzyż obliczn jest średni rytmetyczn, poniewż wektory znjdujące się w njbliższym sąsiedztwie wektor uśredninego znjdują się w jednkowej odległości. w r = [ u, v] (7) n u = u i (7b) n i= n v = v j (7c) n j= W ukłdzie gwizdy odległości te są różne i dltego obliczn jest średni wżon, z wgmi równymi odwrotności odległości wektor od wektor uśredninego: w r = [ u, v] (8) ( u2 + u2 + u23 + u32 ) + ( u + u3 + u3 + u33 ) 2 u = (8b) 4 + 2 ( v2 + v2 + v23 + v32 ) + ( v + v3 + v3 + v33 ) 2 v = (8c) 4 + 2 W obydwu przypdkch obliczeni są powtrzne ż do momentu poprwieni wszystkich błędnych wektorów z listy utworzonej podczs usuwni wektorów błędnych. Do przedstwionego lgorytmu dodno również opcję pozwljącą n usuwnie wektorów w miejscch występowni opływnego cił stłego. W tym celu wykorzystno mskę obrzu uzyskną z obrzu źródłowego, progrm zeruje wektory w msce. Wżnym stło się również wprowdzenie do lgorytmu poprwki, powodującej nie uwzględninie w obliczenich wektorów znjdujących się w msce, przy obliczniu wrtości wektorów znjdujących się n powierzchni opływnych cił stłych. - 6 -

3. PRZYKŁADY FILTROWANIA WYKRESÓW PÓL WEKTOROWYCH Przeprowdzono bdni opływu jednego, dwóch i czterech rzędów wlców o średnicy d=,5 mm oddlonych od siebie o,5 mm. Ciecz posidł gęstość ρ=5 kg/m 3 orz lepkość µ=, -3 P s. Prędkość przepływjącej cieczy wynosił V=5-3 2-3 m/s, liczb Reynolds odniesion do średnicy opływnego wlc wynosił Re=5 2. N wykresch pól prędkości wokół opływnych wlców (przedstwinych poniżej) co drugi wlec pozostwiono nie wypełniony celem lepszego zobrzowni dziłni lgorytmu usuwni wektorów w mskch. Dl lepszej wizulizcji frgmenty pól prędkości oznczone prostokątem powiększono i przedstwiono po prwej stronie kżdego z wykresów. ) b) c) Rys. 4. Pole prędkości podczs opływu jednego rzędu rur; liczb Reynolds Re=2, średni prędkość przepływu V= -3 m/s. ) wykres oryginlny, b) i c) wykresy po korekcie. - 7 -

N rys. 4 znjdują się 372 wektory. W msce znjduje się 4 wektorów. W wyniku zstosowni korekty dl cłego obrzu z prmetrem k = 3 uśredniono 2728 wektorów (rys. 4b). Medin [x; y] = [-,72;,87], odchylenie stndrdowe [x; y] = [,;,]. Rys. 4c przedstwi z kolei pole prędkości po korekcie loklnej z wykorzystniem okn o rozmirze 7x7 wektorów z prmetrem k = 9. Uśredniono 72 wektorów. ) b) c) Rys. 5. Pole prędkości podczs opływu jednego rzędu rur; liczb Reynolds Re=85, średni prędkość przepływu V=7-3 m/s. ) wykres oryginlny, b) i c) wykresy po korekcie. N rys. 5 znjdują się 372 wektory. W msce znjduje się 4 wektorów. W wyniku zstosowni korekty dl cłego obrzu z prmetrem k = 3 uśredniono 273 wektorów (rys. 5b). Medin [x; y] = [-,57; 4,83], odchylenie stndrdowe [x; y] = [,25;,3]. Rys. 5c przedstwi z kolei pole prędkości po korekcie loklnej z wykorzystniem okn o - 8 -

rozmirze 7x7 wektorów z prmetrem k = 9. Uśredniono 732 wektory. ) b) c) Rys. 6. Pole prędkości podczs opływu czterech rzędów rur; liczb Reynolds Re=2, średni prędkość przepływu V= -3 m/s. ) wykres oryginlny, b) i c) wykresy po korekcie. N rys. 6 znjdują się 372 wektory. W msce znjdują się 462 wektory. W wyniku zstosowni korekty dl cłego obrzu z prmetrem k = 3 uśredniono 2273 wektory (rys. 6b). Rys. 6c przedstwi z kolei pole prędkości dl cłego obrzu z prmetrem k = 9. Uśredniono 2273 wektory. Dl wykresów 6b i 6c medin [x; y] = [-,93;,65], odchylenie stndrdowe [x; y] = [,3;,]. - 9 -

) b) c) Rys. 7. Pole prędkości podczs opływu czterech rzędów rur; liczb Reynolds Re=85, średni prędkość przepływu V=7-3 m/s. ) wykres oryginlny, b) i c) wykresy po korekcie. N rys. 7 znjdują się 372 wektory. W msce znjdują się 462 wektory. W wyniku zstosowni korekty dl cłego obrzu z prmetrem k = 3 uśredniono 2394 wektory (rys. 7b). Rys. 7c przedstwi z kolei pole prędkości dl cłego obrzu z prmetrem k = 9. Uśredniono 2356 wektorów. Dl wykresów 7b i 7c medin [x; y] = [-,34;,35], odchylenie stndrdowe [x; y] = [,2;,3]. - -

) b) [mm/s] 64.4 6.8 59.2 56.6 54. 5.5 48.9 46.4 43.8 4.2 38.6 36. 33.5 3.9 28.4 25.8 23.2 2.7 8. 5.5 2.9.4 7.8 5.2 2.7 [mm/s] 64.3 6.8 59.2 56.6 54. 5.5 48.9 46.3 43.8 4.2 38.6 36. 33.5 3.9 28.3 25.7 23.2 2.6 8. 5.4 2.9.3 7.7 5. 2.6 [mm/s] 64.4 6.8 59.2 56.6 54. 5.5 48.9 46.4 43.8 4.2 38.6 36. 33.5 3.9 28.4 25.8 23.2 2.7 8. 5.5 2.9.4 7.8 5.2 2.7 [mm/s] 64.3 6.8 59.2 56.6 54. 5.5 48.9 46.3 43.8 4.2 38.6 36. 33.5 3.9 28.3 25.7 23.2 2.6 8. 5.4 2.9.3 7.7 5. 2.6 Rys. 8. Pole prędkości i tory elementów płynu podczs opływu czterech rzędów rur; liczb Reynolds Re=85, średni prędkość przepływu V=7-3 m/s. ) wykres oryginlny, b) wykres po korekcie cłego obrzu z prmetrem k = 3. N rys. 8 i 8b przedstwiono ten sm przypdek opływu czterech rzędów rur co n rys. 7 i 7b. Zrezygnowno z wektorów prędkości, ntomist przedstwiono pole prędkości w postci mpy. Dodtkowo nniesiono tory elementów płynu. W ten sposób chcino pokzć wzrost czytelności i przejrzystości wykresu po korekcie obrzu. 4. UWAGI KOŃCOWE Oprcown metod korekty wykresów pól prędkości uzysknych dzięki cyfrowej nemometrii obrzowej poprzez znczną redukcję ilości błędnych wektorów może znleźć zstosownie do nlizy tychże pól, skutecznie poprwijąc ich czytelność i przejrzystość. N podstwie wielu nliz stwierdzono, że stopień redukcji błędów rośnie wrz ze wzrostem rozmiru okn sekcji poddwnego nlizie orz z zwężeniem wrunku n wektor błędny (k ). Anliz lokln może mieć większe znczenie w przypdku wykresów o dużych rozmirch i zwierjących obszry zncznie różniące się między sobą, np. wykresy pól prędkości przepływu cieczy z gwłtownym zwiększeniem przekroju knłu lub wykres pól prędkości dwóch strumieni cieczy płynących w przeciwnych kierunkch. Oprcowny progrm umożliwi wprowdznie szeregu prmetrów. Do njwżniejszych nleżą: - -

zkres filtrcji: lokln lub globln, zkres, w którym wektory są uznwne z poprwne - k, uwzględninie lub pomijnie w obliczenich wektorów uznnych z błędne, wstwinie w miejsce wektor błędnego wektor zerowego lub uśrednionego, oblicznie wrtości wektorów uśrednionych w ukłdzie krzyż lub ukłdzie gwizdy (ptrz rys. 3). Prmetry dl progrmu nleży dobierć uwzględnijąc między innymi: chrkter przepływu przedstwinego n wykresie, ilość błędów n wykresie źródłowym, żądną dokłdność wyników. Uzyskne wyniki pozwoliły stwierdzić przydtność zstosownej metody orz dostrczyły wiele istotnych i cennych informcji mogących zncznie udoskonlić metodę dl przepływów ustlonych i qusi-ustlonych. W przypdku przepływów ustlonych wykresy pól prędkości przepływjącej cieczy pozostją niezmienne w czsie, więc możn w tkim przypdku przeprowdzić filtrcję wykorzystując wiele wykresów. W tkim przypdku możemy mówić o interkorekcie wykresów pól prędkości, w odróżnieniu od metody oprcownej, którą możn nzwć metodą utokorekty. Zmist obliczni wrtości wektorów uśrednionych z wektorów sąsiednich możn pobrć, uznną z poprwną, wrtość wektor z innych wykresów. W tkim przypdku powinn zncznie wzrosnąć dokłdność wyników (proporcjonlnie do liczby wykresów poddwnych nlizie). LITERATURA [] Bendt J., Piersol A.: Metody nlizy pomiru sygnłów losowych, PWN, Wrszw 977 [2] Kowlewski T.A., Cybulski A., Konwekcj nturln z przeminą fzową, Prce IPPT PAN 8/997, Wrszw 997 [3] Quénot G., Pklez J., Kowlewski T.A., Prticle Imge Velocimetry with Opticl Flow, Experiments in Fluids, vol. 25, p. 77-89, 998 [4] Rffel M., Willert Ch. E., Kompenhns J., Prticle Imge Velocimetry. A Prcticl Guide, Springer-Verlg, Berlin, 998 [5] Sori J.: An Investigtion of the Ner Wke of Circulr Cylinder Using Video-Bsed Digitl Cross-Correltion Prticle Imge Velocimetry Technique, Experimentl Therml nd Fluid Science 5, s. 22-233, 996 [6] Suchecki W., Wykorzystnie cyfrowej nemometrii obrzowej do wizulizcji przepływu zwiesiny cząstek stłych w cieczy, Zeszyty Nukowe Politechniki Opolskiej, z.6, Mechnik nr 254/2, s.39-326, Opole 2 [7] Suchecki W., Wizulizcj przepływów z wykorzystniem cyfrowej nemometrii obrzowej, Inżynieri i Aprtur Chemiczn, 3(2), s.36-37, Gdńsk 2 [8] Suchecki W., Wykorzystnie metod optycznej nlizy przepływu do weryfikcji modeli numerycznych CFD, Inżynieri i Aprtur Chemiczn, 4, nr 6 s.8-2, 2 [9] Westerweel J., Digitl Prticle Imge Velocimetry - Theory nd Appliction, Delft, Delft University Press, 993-2 -