Yazarlar Hong Kong araştırma hibe Konseyi (Hayır. teşekkür etmek istiyorum GRF526913), Hong Kong yenilik ve teknoloji Komisyonu (Hayır. Its/334/15FP) ve bize Office, deniz araştırma Global (Hayır. N00014-16-1-2161) finansal destek için.

1. Rüzgar tüneli Kur
<ol><li>Delta kanat modeli
	<ol>
<li>Alüminyum, 75 ° tarama açısı φ , 280 mm, bir kök yayılma b 150 mm ve 5 mm kalınlığında bir akor uzunluğu c ile delta kanat modelden oluşturun. Var her iki önde gelen ayrılık noktası17 düzeltmek için 35 ° Eğimli kenarlar ( Şekil 1a' ya bakınız).</li>
	</ol></li>
	<li>Rüzgar tüneli tesisi
	<ol>
<li>2.4 m (boy) × 0,6 m (genişlik) × deneyler sırasında optik erişim sağlayan cam duvarlı donatılmış 0,6 m (yükseklik) test bölümü kapalı döngü düşük hızlı Rüzgar Tüneli'nde deneyler. Böyle bir tesis çalkantılı yoğunluğu % 0,4'den az olmalıdır. Not: Bu çalışmada, biz Yukarıdaki özelliklere sahip Hong Kong Politeknik Üniversitesi'nde bir rüzgar tüneli kullanılır. Ayrıca, freestream hız 2.64 m/s arasında değişiyordu 10.56 m/s, U∞ bir Reynolds sayısı, Re, 5 × 104 2 × 105, karşılık gelen temel tipik uçuş Aralık delta kanat chord uzunluğu için bir İnsansız Hava Aracı (İHA).</li>
		<li>Gerektiği gibi üç farklı yerleşim (bkz. Şekil 1b-d) boyuna kesit, span-wise kesit ve enine kesit akışı yapılarda gözlemlemek için lazer sac ve kameraları kullanın. Kurulum şeması Şekil 1badımında gösterilir. Not: Bu protokol kurulum ve ayrıntılı boyuna kesit ölçümü gösterir.</li>
	</ol></li>
	<li>Delta kanat yüklemek
	<ol>
<li>Açısı attack (AoA), αayarlamak için kullanılan bir dairesel hareket rehberinde var sting, delta kanat trailing edge gidermek. Dairesel Kılavuzu Rüzgar tüneli test bölümü Merkezi satırında merkezidir. Böylece, delta kanat'ın Merkezi her zaman test bölümü merkezinde olabilir. AoA α için ayarlamak 34 ° =.</li>
		<li>Dikkatli bir şekilde herhangi bir sapma açısı en aza indirmek ve açısı, açı ölçer ve üç eksenli lazer düzeyde okumalar kontrol ederek rulo delta kanat modeli ayarlayın. Mevcut çalışmada, daha az 0.1 ° Bu iki açıları belirsizlik var.</li>
	</ol></li>
	<li>Lazer tabaka ayarla
	<ol>
<li>Akış yapıları PIV ölçüm ve duman akışı görselleştirme için aydınlatmak için iki lazer ayrı olarak kullanır.<ol>
<li>PIV ölçüm için bir ikili darbe lazer dalga boyu 532 ile kullanmak nm ve maksimum enerji her darbe için 600 MJ (ayarlanabilir). Bir Eşitleyici ile transistör transistör mantık (TTL) sinyalleri (bkz. Şekil 1b) ile kontrol.</li>
			<li>Duman akışı görselleştirme için sürekli bir lazer dalga boyu 532 ile kullanın nm ve bir güç 1 W. Bu sürekli lazer bağımsız çalışır. Kurulum yükleme sırasında nötr yoğunluk filtresi % 10 geçirgenliği ile lazer ışını güvenliği için filtre uygulamak için kullanın.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Uygun lazer gözlükleri tak.</li>
		<li>Lazer ışını Rüzgar tüneli tanıtmak için yansıma ayna ayarlayın. Lazer ışık eksen ve ayna arasındaki açıdır <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57244/57244eq1.jpg"> </img>, lazer ışını delta kanat yüzeye normal yapmak için. Lazer ışını konumu xsağlamak /c ≅ 0,25, daha sonra görüş alanı (FOV) merkezi olacak.</li>
		<li>Şekil 1badımında gösterildiği gibi lazer sayfası oluşturmak için lazer optik (sürekli lazer, başta) yükleyin. Dışbükey mercek lazer ışını boyutunu (Ayrıca levha kalınlığı) denetlemek için kullanılır. Silindirik objektif lazer ışını bir lazer sayfasına genişletir. Not: mevcut çalışmada, silindirik lens odak uzaklığı 700 mm, ve silindirik objektif çapı 12 mm olduğunu.</li>
		<li>Lazer levha kalınlığı model üzerinde lazer çizgi ölçerek kontrol edin. Lazer levha kalınlığı uygun değilse dışbükey mercek konumunu ayarlamak (burada, yaklaşık 1 mm, 100 mm test kısmında lazer sayfasının etkili bir genişliğe sahip). Lazer sac kalınlığı 1) lazer sac ve 2) PIV ölçüm içinde anlık görüntü çifti arasındaki zaman aralığını için normal yönde hız bileşeni bağlı olduğunu unutmayın.</li>
		<li>Delta kanatla lazer sayfasına yüzeyi rastlantısal bir kalibrasyon hedefi tabak koyun. Çalışmada FOV Rüzgar tüneli koordinat ortogonal olmadığı için bu adım gereklidir.</li>
	</ol></li>
	<li>Kamera ayarları
	<ol>
<li>Kamera kurma lazerler açmak. Lazerler ile bu deneyin ayrı her parçası için iki kamera kullanırken:<ol>
<li>PIV ölçüm için yüksek hızlı bir CCD kamera 2048 × 2048 piksel çözünürlük ile kullanın. Bu kamera Eşitleyici ve ikili darbe tarafından kontrol edilir (bkz. Şekil 1b) lazer. Bu kamera verilerde doğrudan bilgisayara iletilir.</li>
			<li>Duman akışı görselleştirme için ticari bir dijital fotoğraf makinesi fotoğraf çözünürlüğü 4000 × 6000 piksel ve 50 Hz video kaydı çözünürlüğü 720 × 1280 piksel ile duman akışı görselleştirme sırasında kullanın. El ile işletilecektir.</li>
		</ol>
</li>
		<li>İstenen FOV elde etmek için fotoğraf makinesinin pozisyon (ticari dijital fotoğraf makinesi, başta) taşıyın. Kalibrasyon hedefi plaka üzerinde odaklanmak için kamera objektifi ayarlayın. Alanın tamamı odaklanmıştır emin olun. Eğer değilse, kamera koordinatlarını kalibrasyon hedefi plakasına ortogonal olmayabilir. Böylece, ayarlamak kameranın dikkatle18konumlayın.</li>
		<li>Kamera iyi ayarlanır sonra birkaç kare olur. Daha sonra bu kareler kalibrasyon hedefi plaka gerçek boyutu ve kare piksel arasında ölçek faktörü kalibre ve xyz koordinat başvuru konumu belirlemek için kullanılır. Ardından, kalibrasyon hedefi plaka kaldırın.</li>
	</ol></li>
	<li>Düşük hızda (örneğin, 3 m/s) Rüzgar tüneli açmak ve yağ parçacıkları Rüzgar tüneli enjekte. Aerosol üreteci baskısı 2.5 barda ayarla ve bunu çalıştırmak için 30 s önceden sağlanan akış görüntüleme yöntemi için. Bundan sonra tüm Rüzgar tüneli düzgün petrol parçacıklar normal çapının yaklaşık 1 µm ile seribaşı. Not: mevcut çalışmada, tahmini petrol parçacık yoğunluğu konsantrasyon Rüzgar Tüneli'nde yaklaşık de <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57244/57244eq2.jpg"> içinde duman akışı görselleştirme; Böylece, genel akış yoğunluğu Rüzgar tüneli değişimdir <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57244/57244eq3.jpg"> </img>.</li>
	<li>PIV yazılım kurulumu
	<ol>
<li>PIV yazılım PIV sistemiyle kontrol (tablo malzemeleri görmek). Bu yazılım lazer ve kamera, TTL sinyalleri göndermek için Eşitleyici Şekil 1badımında gösterildiği gibi komut olabilir.</li>
		<li>500 toplam örnekleme sayısı ile 5 Hz Örnekleme frekansı ayarla. PIV çerçeveler arasındaki zaman aralığını 80 µs. zaman aralığını FOV ve akış hızı boyutuna bağlı olduğunu not olduğunu. İki çerçeve sorgulama alanlarında bir 50-%75 örtüşme hakkında sahip olduğunuzdan emin olun.</li>
	</ol></li>
</ol>2. deneme gerçekleştirme
<ol><li>
Duman akışı görselleştirme geliştirilmiş
	<ol>
<li>İstenen freestream hızla Rüzgar tüneli açmak (U = 2,64 m/s). Bunun için freestream hız stabilize etmek için 10 dakika çalıştırın. Re 50.000, = U freestream hızı olduğunu = 2,64 m/s.</li>
		<li>Sürekli Lazeri aç. Dijital kamera akışı yapısının 5-10 anlık görüntüleri yakalamak için kullanın.</li>
		<li>Lazer sac LEV çekirdek boyuna kesiti olup olmadığını kontrol edin (bkz: şekil 3' te gösterilen tipik yapısı). Eğer öyleyse, delta kanat modeli bu konumunu daha sonra PIV ölçüm için bir başvuru olarak işaretlemek; Aksi takdirde, optik lens ayarlayarak lazer sayfası konumunu değiştirmek ve aşağıdaki adımları 1.4.6 - 1.5.3 kalibrasyon sıfırlayın.</li>
		<li>Bu resimleri gözden geçirin ve odak ve parlaklığı kontrol edin. Görüntü kalitesi tatmin edici değilse, objektif veya ISO kurulum diyafram ayarlamak.</li>
		<li>Daha fazla anlık görüntüleri (tipik olarak yaklaşık 20) ve video çekmek (yaklaşık 40 s) uygun kurulum ile. Lazer çevirmek ve verileri bilgisayara aktarın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
PIV ölçüm
	<ol>
<li>Adım 2.1.3 ve anlık görüntülerini adım 2.1.5 sonuçlarını bilinen referans konum bağlı olarak, ilginç bir bölge seçin (x/c≈ 0,3) nerede kıvırma kümelendirilebilir görülebilir FOV olarak. Sürekli lazer ve digital fotoğraf makinesi ile ikili darbe lazer ve CCD kamera PIV ölçüm için değiştirin.</li>
		<li>Adımları 1.4.6 - 1.5.3 PIV ölçüm için kalibrasyon kaydetmek için yineleyin.</li>
		<li>Rüzgar tüneli istenen freestream hızda U açın = 2,64 m/s. freestream hız istikrarlı olması 10 dakika çalıştırın.</li>
		<li>En yüksek güç düzeyinde için ikili darbe lazer ayarlayın ve hazır olun. Veri toplama için 100 başlatmak için belgili tanımlık bilgisayar yazılımı kullanın s. Veri kayıt tamamlandıktan sonra lazer kafasını açmak.</li>
		<li>Yazılımındaki kazanılmış resimleri gözden geçirin ve lazer sac dağıtım, parçacık yoğunluğu (genellikle 6-10 parçacıklar her istenen sorgulama alanındaki), odak ve parçacık deplasman Çift Kişilik çerçeveler (25-%50 sorgulama arasında kontrol edin alan).</li>
		<li>Görüntülerin kalitesi tatmin edici, Eğer 2.2.5. adımda açıklandığı gibi., veri PC sabit diske kaydedip diğer durumlarda yukarıdaki adımları tekrar uygulayarak çalıştırın. Aksi takdirde, 1,7 ve 2.2. adımları yineleyin ve dikkatli bir şekilde kurulum ayarlayın.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. veri işleme
<ol><li>
Duman görselleştirme geliştirilmiş Not: Aşağıdaki adımları, 3.1.1-3.1.4, MATLAB şifre yolu ile otomatik olarak yapılır (bakınız Ek kodlama dosyası).<ol>
<li>Video kare bir dizi dönüştürmek. Gri tonlama RGB formdan dönüştürün. Delta kanat yüzeyi yatay yapmak için kareyi döndür. Daha sonra işleme (şekil 2a) ilgi alanı seçin.</li>
		<li>Parlaklık ve kontrast akışı yapısı vurgulamak için ayarlayın. İkili resim (şekil 2b) gri görüntü dönüştürmek için uyarlanabilir bir eşik değeri uygulanır.</li>
		<li>İkili değerleri her sütun eklemek ve aniden toplamı değiştiği pozisyon bulmak. Bu pozisyon girdap arıza (Şekil 2 c) konumdur.</li>
		<li>Girdap arıza yerleri ve onların karşılık gelen saatleri kaydedin. Arıza salınım zaman tarihinin böylece elde edilebilir.</li>
		<li>(1.5.3. adımda kalibrasyon hedef plakalı görüntülerden ölçülür) piksel-gerçek boyutu ölçek faktörü piksel zaman geçmişinden gerçek boyutuna dönüştürmek için başvuru konumu belirlemek için kullanılır. Arıza salınım zaman tarihi çizmek.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
PIV ölçüm
	<ol>
<li>PIV yazılımını çalıştırın. 2.2.2. adımda alınan görüntüleri ölçek faktörü ve koordinatları başvuru konumunu ayarlamak için kullanın. Parçacıklar vurgulayın ve gürültü18azaltmak için görüntü işleme Kütüphanesi aracılığıyla alınan verileri önceden işlemek.</li>
		<li>En küçük kılavuz boyutu 32 × 32 piksel ve % 50 en az bir çakışma ile edinilmiş sorgulama alan yöntemi kullanın. Görüntü alanını seçin ve adaptif çapraz korelasyon 3 x 3 vektör doğrulamasını ayarlayın.</li>
		<li>Sonuç bir hız vektör alanı olarak verilir, hangi doğru vektörel çizimler mavi vektörleridir, yeşil olanlar yerine konan vektörel çizimler ve kırmızı olanlar kötü vektörleridir.</li>
		<li>3 x 3 ortalama doğrulama yöntemi yerel hız vektörel çizimler onun mahallede karşılaştırarak tahmin etmek için hareketli uygulanır. Komşularının komşuları ortalama ile çok fazla sapma Değiştir vektörel çizimler.</li>
		<li>Zaman geçmiş, örneğin, zaman ortalama hız, standart sapma ve hız bileşenleri arasındaki çapraz korelasyon akış özellikleri hız haritalar vektör istatistikleri hesaplamak. Akışı alan, örneğin, vorticity, kesme vurguluyor ve dönen gücü iç özelliklerini göstermek için vektör harita skaler türevleri hesaplamak.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Smits, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Flow visualization: Techniques and examples. , (2012).</li><li>Barlow, J. B., Rae, W. H., Pope, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Low-speed wind tunnel testing. , (1999).</li><li>Merzkirch, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Flow visualization. , (1987).</li><li>Raffel, M., Willert, C. E., Wereley, S., Kompenhans, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Particle image velocimetry: A practical guide. , (2007).</li><li>Westerweel, J., Elsinga, G. E., Adrian, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle+Image+Velocimetry+for+Complex+and+Turbulent+Flows.">Particle Image Velocimetry for Complex and Turbulent Flows.</a> Annu Rev Fluid Mech. 45 (1), 409-436 (2013).</li><li>Meinhart, C. D., Wereley, S. T., Santiago, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PIV+measurements+of+a+microchannel+flow.">PIV measurements of a microchannel flow.</a> Exp Fluids. 27 (5), 414-419 (1999).</li><li>Gursul, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+unsteady+vortex+flows+over+slender+delta+wings.">Review of unsteady vortex flows over slender delta wings.</a> J Aircraft. 42 (2), 299-319 (2005).</li><li>Gursul, I., Gordnier, R., Visbal, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unsteady+aerodynamics+of+nonslender+delta+wings.">Unsteady aerodynamics of nonslender delta wings.</a> Prog Aerosp Sci. 41 (7), 515-557 (2005).</li><li>Lowson, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Some+experiments+with+vortex+breakdown.">Some experiments with vortex breakdown.</a> JRoy Aeronaut Soc. 68, 343-346 (1964).</li><li>Payne, F. M., Ng, T., Nelson, R. C., Schiff, L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+and+wake+surveys+of+vortical+flow+over+a+delta+wing.">Visualization and wake surveys of vortical flow over a delta wing.</a> AIAA J. 26 (2), 137-143 (1988).</li><li>Lowson, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+three+dimensional+vortex+sheet+structure+on+delta+wings.">The three dimensional vortex sheet structure on delta wings.</a> Fluid Dynamics of Three-Dimensional Turbulent Shear Flows and Transition. , 11.11-11.16 (1989).</li><li>Riley, A. J., Lowson, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+a+three-dimensional+free+shear+layer.">Development of a three-dimensional free shear layer.</a> J Fluid Mech. 369, 49-89 (1998).</li><li>Menke, M., Gursul, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unsteady+nature+of+leading+edge+vortices.">Unsteady nature of leading edge vortices.</a> Phys Fluids. 9 (10), 2960 (1997).</li><li>Yayla, S., Canpolat, C., Sahin, B., Akilli, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Yaw+angle+effect+on+flow+structure+over+the+nonslender+diamond+wing.">Yaw angle effect on flow structure over the nonslender diamond wing.</a> AIAA J. 48 (10), 2457-2461 (2010).</li><li>Menke, M., Gursul, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonlinear+response+of+vortex+breakdown+over+a+pitching+delta+Wing.">Nonlinear response of vortex breakdown over a pitching delta Wing.</a> J Aircraft. 36 (3), 496-500 (1999).</li><li>Sahin, B., Yayla, S., Canpolat, C., Akilli, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow+structure+over+the+yawed+nonslender+diamond+wing.">Flow structure over the yawed nonslender diamond wing.</a> Aerosp Sci Technol. 23 (1), 108-119 (2012).</li><li>Kohlman, D. L., Wentz, J. W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vortex+breakdown+on+slender+sharp-edged+wings.">Vortex breakdown on slender sharp-edged wings.</a> J Aircraft. 8 (3), 156-161 (1971).</li><li>Lu, L., Sick, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-speed+Particle+Image+Velocimetry+Near+Surfaces.">High-speed Particle Image Velocimetry Near Surfaces.</a> J Vis Exp. (76), e50559 (2013).</li><li>Mitchell, A. M., Barberis, D., Molton, P., D&#233;lery, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oscillation+of+Vortex+Breakdown+Location+and+Blowing+Control+of+Time-Averaged+Location.">Oscillation of Vortex Breakdown Location and Blowing Control of Time-Averaged Location.</a> AIAA J. 38 (5), 793-803 (2000).</li><li>Shen, L., Wen, C. -. y., Chen, H. -. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Asymmetric+Flow+Control+on+a+Delta+Wing+with+Dielectric+Barrier+Discharge+Actuators.">Asymmetric Flow Control on a Delta Wing with Dielectric Barrier Discharge Actuators.</a> AIAA J. 54 (2), 652-658 (2016).</li><li>Leibovich, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Structure+of+Vortex+Breakdown.">The Structure of Vortex Breakdown.</a> Annu Rev Fluid Mech. 10 (1), 221-246 (1978).</li><li>Mitchell, A. M., Molton, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vortical+Substructures+in+the+Shear+Layers+Forming+Leading-Edge+Vortices.">Vortical Substructures in the Shear Layers Forming Leading-Edge Vortices.</a> AIAA J. 40 (8), 1689-1692 (2002).</li><li>Gad-El-Hak, M., Blackwelder, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+discrete+vortices+from+a+delta+wing.">The discrete vortices from a delta wing.</a> AIAA J. 23 (6), 961-962 (1985).</li><li>Zhou, J., Adrian, R. J., Balachandar, S., Kendall, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+for+generating+coherent+packets+of+hairpin+vortices+in+channel+flow.">Mechanisms for generating coherent packets of hairpin vortices in channel flow.</a> J. Fluid Mech. 387, 353-396 (1999).</li><li>Adrian, R. J., Christensen, K. T., Liu, Z. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+and+interpretation+of+instantaneous+turbulent+velocity+fields.">Analysis and interpretation of instantaneous turbulent velocity fields.</a> Exp Fluids. 29 (3), 275-290 (2000).</li><li>Yoda, M., Hesselink, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+three-dimensional+visualization+technique+applied+to+flow+around+a+delta+wing.">A three-dimensional visualization technique applied to flow around a delta wing.</a> Exp. Fluids. 10 (2-3), (1990).</li><li>Greenwell, D. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> RTO AVT Symposium. , (2001).</li><li>Furman, A., Breitsamter, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Turbulent+and+unsteady+flow+characteristics+of+delta+wing+vortex+systems.">Turbulent and unsteady flow characteristics of delta wing vortex systems.</a> Aerosp Sci Technol. 24 (1), 32-44 (2013).</li><li>Wang, C., Gao, Q., Wei, R., Li, T., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+flow+visualization+and+tomographic+particle+image+velocimetry+for+vortex+breakdown+over+a+non-slender+delta+wing.">3D flow visualization and tomographic particle image velocimetry for vortex breakdown over a non-slender delta wing.</a> Exp Fluids. 57 (6), (2016).</li></ol>

Yazarlar ifşa gerek yok.

Bu yazı iki akışı görselleştirme yöntem, geliştirilmiş duman akışı görselleştirme ve nitelik ve nicelik delta kanat akışı yapısı araştırmaya PIV ölçüm sunar. Denemenin genel yordamları adım adım açıklanmıştır. Cihazlar dahil farklı olmakla birlikte bu iki yöntem kurulumları neredeyse aynıdır. Bu iki akışı görselleştirme yöntemleri temel parçacıklar lazer sayfası üzerinden akışı aydınlatmak için ilkedir. Geliştirilmiş duman akışı görselleştirme bir bilinmeyen akış yapısının genel bir bakış elde etmek için yardımcı olur aynı zamanda küçük yerel yapılardır ve genel akışı yapısını elde edebilirsiniz. Nicel PIV analiz ilginç akışı alan bir detaylı vektör harita sağlar. Böylece, bu akışı görselleştirme yöntemleri birleştirerek araştırma verimliliği önemli ölçüde artırabilir.
Normal duman tel akışı görselleştirme ile karşılaştırıldığında, aşağıda gösterildiği duman akışı görselleştirme yöntemi oldukça verimli bir şekilde yürütülmektedir. Çünkü parçacıklar eşit şekilde dağıtılır, küçük akışı yapıları kolayca tanımlanır. Karmaşık üç boyutlu akışında bu yöntem geleneksel duman tel yönteminde lazer sayfası her zaman duman ile hizalı gerekir Oysa kayma herhangi bir konumda farklı kesitler, akış alanlarında gözlemlemek üzere ayarlanması için lazer sayfası sağlar. yön ve gözetleme penceresi buna göre sınırlı26var. Ayrıca, geliştirilmiş bu yöntem bir duman tel deneme sırasında bazı bölgelerde duman yokluğu nedeniyle herhangi bir akış bilgilerini kaçırmaması gereken. Ancak, bu yöntem için nasıl tohum yapılır nedeniyle açık döngü Rüzgar tüneli İmkanlar uygun olmaz. Akışı görselleştirme veri hayali Aydınlatmaları3,27tuzaklardan kaçınmak için dikkatli bir şekilde analiz edilmelidir.
Akışı alan delta kanat üzerinde son derece üç boyutlu ve herhangi bir rahatsızlık için hassas olduğundan, non-müdahaleci araştırmalar21tavsiye edilir. Uçaklarda ölçümleri için ortogonal hız bileşeni gözlem uçakta PIV ölçüm28,29sırasında dikkate almak önemlidir. Bu durumda, iki çerçeve ve lazer levha kalınlığı arasındaki zaman aralığını en parçacıkların lazer sayfası taşımak değil emin olmak için ortogonal hızı ile bir uzlaşma olması gerekir. Benzer ölçümler için bazı durumlarda önceden en uygun olanları belirlemek için farklı Kur parametrelerle çalıştırmanız önerilir.
Bu raporda açıklanan akışı görselleştirme uygun, verimli ve düşük maliyetli yöntemlerdir. Blöf cesedi azaltma ve girdap-yapı etkileşimi etkileri kontrol hızlı bir şekilde değerlendirmek, kontrol mekanizmalarını anlamak ve hızlandırmak için gibi gelecekte, bu teknikleri etkin akış denetimi, karmaşık akışı alanlara uygulanacak Denetim parametrelerini duruma getirilmesi.

Akışı alan görselleştirme teknikleri yoluyla sıvı Mühendisliği temel bir metodoloji ölçümdür. Farklı görselleştirme teknikleri arasında duman tel akışı görselleştirme Rüzgar tüneli deneylerde ve boya görselleştirme su tünel deneylerde en çok kullanılan akış yapıları niteliksel göstermek için vardır. PIV ve lazer Doppler anemometry (Ida) iki tipik kantitatif teknikleri1dir.
Duman tel akışı görselleştirme, duman streaklines yağ damlacıkları bir Isıtma tel üzerinde oluşturulduğu veya dış duman jeneratör/kapsayıcıyı deneyler sırasında enjekte. Yüksek güçlü ışık veya lazer sayfaları duman streaklines aydınlatmak için kullanılır. Görüntüleri daha sonra daha ayrıntılı bir çözümleme için kaydedilir. Bu basit ama çok yararlı akışı görselleştirme yöntem2. Ancak, bu yöntemin etkinliğini duman teller, karmaşık üç boyutlu akış alanı, akışının nispeten yüksek hız ve verimlilik duman üretimi3kısa süreli gibi çeşitli faktörler tarafından sınırlandırılabilir.
PIV ölçümlerde sürüklenmiş parçacıkları ile akışı alan bir kesit lazer tabakasıyla aydınlatılmış ve anlık pozisyonlarda bu kesit parçacıkların bir yüksek hızlı kamera tarafından yakalanır. Bir çok küçük zaman aralığı içinde bir çift görüntü kaydedilir. Bir sorgu alanları kılavuza görüntüleri bölme ve parçacıklar çapraz korelasyon fonksiyonları üzerinden sorgulama bölgelerde ortalama hareket hesaplama, gözlenen bu kesit anlık hız vektör harita elde edilebilir. Ancak, bu da uzlaşma için izleme penceresi, hız harita, hız büyüklüğü bir düzlemde, görüntüleri, ortogonal hız çifti arasındaki zaman aralığını çözünürlüğe büyüklüğü gibi etkenlere erişilmesi gereken bilinir büyüklüğü ve parçacık yoğunluğu4. Bu nedenle, birçok araştırmacı deney deneysel ayarlarını en iyi duruma getirmek için gerekli olabilir. Çok pahalı ve zaman alıcı bir bilinmeyen ve karmaşık akışı alan PIV ölçüm yalnız5,6araştırmak olurdu. Yukarıdaki sorunları göz önüne alındığında, duman akışı görselleştirme ve PIV ölçüm birleştirmek için bir strateji önerilen ve burada ince bir delta kanat üzerinde karmaşık akışı çalışmaya gösterdi.
LEV akışı delta kanat üzerinde birçok çalışma yürütülen7,8, birincil araç olarak kullanılan akışı görselleştirme teknikleri ile olmuştur. Birçok ilginç akışı olayları gözlemledim: sarmal türü ve balon yazın girdap arıza9,10, kararsız bir makaslama katman alt yapı11,12, salınım LEV arıza yerleri13 , ve yunuslama ve yaw etkileri açılar14,15,16 akışı yapıları üzerinde. Ancak, delta kanat akışı dengesiz bazı olayları temel mekanizmaları belirsiz7kalır. Bu çalışmada, duman akışı görselleştirme PIV ölçümü, duman tel yerine kullanılan aynı tohum parçacıklar kullanarak artırıldı. Bu gelişme büyük ölçüde canlandırma işlemi basitleştirir ve görüntü kalitesini artırır. Geliştirilmiş duman akışı görselleştirme sonuçlara dayanarak, PIV ölçüm faiz nicel bilgi almak için bu akışı alanlar üzerinde duruluyor.
Burada ayrıntılı bir açıklama nasıl bir rüzgar tüneli bir akışı görselleştirme deneyi yapmak için ve bir delta kanat üzerinde kararsız akışı olayları incelemek için açıklamak için sağlanır. İki görüntüleme yöntemleri, geliştirilmiş duman akışı görselleştirme ve PIV ölçüm, bu deneyde birlikte kullanılır. Yordam aygıt kurulum ve parametre ayarı için adımlar halinde kılavuz bilgiler içerir. Tipik sonuçları içinde dağınık şekilde ve geçici karmaşık akışı alanı ölçmek için bu iki yöntem birleştirerek avantajı göstermek için gösterilen.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>532 nm Nd:YAG laser</td>
			<td>Quantel Laser</td>
			<td>Evergreen 600mJ</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High speed camera</td>
			<td>Dantec Dynamic</td>
			<td>HiSense 4M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>camera lens</td>
			<td>Tamron</td>
			<td>SP AF180mm F/3.5 Di</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PIV recording and processing software</td>
			<td>Dantec Dynamic</td>
			<td>DynamicStudio</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cylindrical lens</td>
			<td>Newport</td>
			<td></td>
			<td>&#934;=12 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>convex lens</td>
			<td>Newport</td>
			<td></td>
			<td>f=700 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>neutral density filter</td>
			<td>Newport</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calibration target</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>aerosol generator</td>
			<td>TSI</td>
			<td>TSI 9307-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PULSE GENERATOR</td>
			<td>Berkeley Nucleonics Corp</td>
			<td>BNC 575</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>continuous laser</td>
			<td></td>
			<td>APGL-FN-532-1W</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital camera</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>Nikon D5200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Image processing</td>
			<td>Matlab</td>
			<td></td>
			<td>custom code</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>wind tunnel support</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>laser level</td>
			<td>BOSCH</td>
			<td>GLL3-15X</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>angle meter</td>
			<td>BOSCH</td>
			<td>GAM220</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

experimental investigation of the flow structure over a delta wing via flow visualization methods

İyi bilinen bir delta kanat üzerinden akışı alanı counter dönen öncü Girdaplar (LEV) bir çift tarafından hakimdir. Ancak, onların mekanizması iyi anlaşılmış değildir. Akışı görselleştirme tekniği dağınık şekilde ve geçici karmaşık akışı alanı göstermek için umut verici bir sigara tacizkar yöntemdir. Temel akış görselleştirme Kur bir yüksek güçlü lazer ve optik lensler lazer sayfası, bir kamera, bir izleyici parçacık jeneratör ve veri işlemcisi oluşturmak için oluşur. Rüzgar tüneli Kur, cihazların ilgili özellikleri ve karşılık gelen parametre ayarları elde edilecek akış özelliklerine bağlıdır.
Normal duman tel akışı görselleştirme bir duman tel akışı streaklines göstermek için kullanır. Ancak, ne zaman bir karmaşık akışı alanında yürütülen bu yöntemin performansı tarafından yanlış mekansal çözünürlükte sınırlıdır. Bu nedenle, bir geliştirilmiş duman akışı görselleştirme teknik geliştirilmiştir. Bu teknik büyük ölçekli küresel LEV akışı alanı ve küçük ölçekli kesme katman akışı yapısı aynı zamanda, daha sonra detaylı partikül imaj velosimetri (PIV) ölçüm için değerli bir başvuru sağlayan göstermektedir.
Bu yazıda, kararsız akışı olayları bir delta kanat üzerinde çalışmak için geliştirilmiş duman akışı görselleştirme ve PIV ölçüm uygulaması gösterilmiştir. Yordam ve deney için dikkat edilecek noktalar, Rüzgar tüneli kurulumu, veri toplama ve veri işleme de dahil olmak üzere listelenir. Temsilcisi sonuçları bu iki akışı görselleştirme yöntemler üç boyutlu akış alan nitelik ve nicelik soruşturma için etkili teknikler olduğunu göstermektedir.

Şekil 2B LEV arıza yerleri saat tarih gösterir. İskele tarafında LEV siyah eğri gösterir ve kırmızı eğri sancak LEV gösterir. Zaman ölçeği ücretsiz akış hızı ve akor uzunluğa göre nondimensionalized. Bu ikisi arasındaki korelasyon katsayısını zaman geçmişleri olan r −0.53, LEV arıza konumu titreşimler güçlü bir anti-simetrik etkileşim gösteren =. Bu sonucu13,19,20de başkalarının çalışmalarını ile kabul eder.
Şekil 3 boyuna kesit α , LEV akışı yapısını gösterir = 34 ° ve Re 75.000 =. Orijinal görüntü RGB formunda, bir pozlama süresi 1/500 saniye ile dijital kamera tarafından yakalandı. Bu şekilde, koordinat delta kanat chord uzunluğu tarafından normalleştirilmiş. 10 mm ölçek üst sağ köşedeki başvuru için çizilir. Sonuç için düz bir çizgi aşağı delta kanat uç--dan geliştirir birincil LEV çekirdek açıkça göstermektedir. X konumda yakınındaki 0,19 = c, girdap çekirdek aniden genişletir. Bu öncü girdap arıza9,21bilinir. Arıza yer sonra ardından çalkantılı olur. Birincil LEV çekirdek küçük kıvırma yapılardır. Bu kümelendirilebilir önde gelen kenarlarından kaynaklanan ve yamultma katman12,22,23haddeleme içinde birincil girdap çekirdek etrafında girdap. Olarak kümelendirilebilir LEV iç tabaka hareket şekilleri nedeniyle nispeten yüksek hız bileşen girdap çekirdek yakınındaki boyuna yönde gerilir. Deneme sırasında LEV akışı yapısını LEV arıza konumda dışında oldukça sabit belirtilmektedir. Bu duman akışı görselleştirme yöntem yerel küçük akış yapısına ve genel akışı yapısı evrim arasında iyi bir denge elde edebilirsiniz Bu sonucu gösterir.
Şekil 4 PIV ölçüm yakalanan bir 64 x 64 piksel bölgesinde tipik parçacık görüntüleri gösterir. 32 x 32 piksel sorgulama çerçeve A alan, sarı daire tarafından işaretlenmiş 10 tanımlanan parçacıklar vardır. Çerçeve b'de gösterildiği gibi bu parçacıklar iki kare arasındaki zaman aralığını sonra yeni konumlara yerinden Dörtte biri bu sorgu alanları arasında neredeyse % 70 örtüşme sonuçlanan sorgulama çevrenin talebiyle hakkındadır. Ayrıca, hemen hemen tüm parçacıkların kurulum parametrelerini uygun şekilde bu durum için seçilmiştir gösteren lazer sac düzlemde kalır.
Şekil 5 streamwise ve spanwise çapraz bölümlerinde saat ortalama olarak PIV sonuçlarını gösterir. Bu ölçümler yapılır önce geliştirilmiş duman akışı görselleştirme aşağıdaki adımları 2.1.1 - 2.1.3 birincil girdap çekirdek konumu tanımlamak için yapılır. Şekil 5 koordinatları delta kanat chord uzunluğu c ve yerel semispan uzunluk SLile normalleştirilmiş. Vorticity <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/57244/57244eq4.jpg"> olarak normalleştirilmiş ω * ωU∞=/c. Bu sonuca göre birincil girdap çekirdek pozitif ve negatif vorticities dönüm satırı ile kolayca tespit edilebilir ve siyah noktalı çizgiyle işaretlenir. Üst ve alt bölgelerde büyük vorticities çalışırken kesme katmanları göster. λCI ölçütü24,25 Girdaplar PIV ölçüm üzerinden tanımlamak için kullanılır. Şekil 5' te, bir yerel dönen gücü Girdaplar varlığını gösteren sıfırdan daha düşük olan düz çizgiler göstermektedir. Çekirdek, yakınındaki kümelendirilebilir uzatılır ve dönen güç dağılımı içinde görünmez. Ancak, konsantre vorticity kontur hala beyaz noktalı çizgiyle işaretlenmiş kümelendirilebilir burada, öneriyor. Şekil 5biçinde hız vektör harita açıkça her tarafında akışını öncü ayırır ve daha sonra LEV çekirdeğin içine rulo bir güçlü kesme katman oluşturur gösterir. Streamwise kesit akışı yapısında tamamlayıcı, spanwise akışı yapısını açıkça dış kıvırma kümelendirilebilir evrimi gösterir.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57244/57244fig1.jpg"> Şekil 1: şemalar kurulumları. (a) delta kanat modeli; (b-d) kurulumları PIV ölçüm boyuna kesit, spanwise kesit ve enine kesit için sırasıyla. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57244/57244fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57244/57244fig2.jpg"> Şekil 2: LEV arıza yer ölçümü. (a) öncü girdap yapısı enine kesit gösterilen bir duman akışı görselleştirme Sonuç: α = 34 ° ve Re 50.000; = işaretli alana döndürülmüş ve daha da işlenebilir. (b) işaretli alana ikili resim içinde (a), açıkça LEV çekirdek ve arıza gösterilen. (c) ikili resim (b) her bir sütun ve belirlenen LEV arıza konumu tarafından chord uzunluğu cnormalleştirilmiş streamwise yönde (x-yön), özetleme. (d) saat geçmişleri LEV arıza mekanlar. <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57244/57244eq5.jpg"> zaman ortalama konumdur ve <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/57244/57244eq6.jpg"> zaman ortalama konumu anlık mesafededir. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57244/57244fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57244/57244fig3.jpg"> Şekil 3: α , boyuna kesit öncü girdap yapısında = 34 ° ve Re 75.000, duman akışı görselleştirme elde edilen =. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57244/57244fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57244/57244fig4.jpg"> Şekil 4: 64 x 64 piksel bölgesinde parçacık görüntüler. Karşılık gelen sorgu 32 x 32 piksel alandır. 80 mikrosaniye çerçeveler A ve B arasındaki zaman aralığıdır. Özgün sorgu alanında tanımlanan parçacıklar sarı daire tarafından işaretlenir. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57244/57244fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57244/57244fig5.jpg"> Şekil 5: PIV saat ortalama olarak sonuçları. Yerel dönen gücü daha düşük bölgeleriyle boyuna kesit sıfır (bir) boyutsuz vorticity ω * kontur düz çizgiler ile işaretleme. (b) Dimensionless vorticity ω * dağılımı ile hız vektörel çizimler kısmında spanwise çapraz x = 0,4c; koordinatları yerel semispan boyla SL normalize (α = 34 ° ve Re 50.000 =). <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57244/57244fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Experimental Investigation of the Flow Structure over a Delta Wing Via Flow Visualization Methods at JoVE.com

Experimental Investigation of the Flow Structure over a Delta Wing Via Flow Visualization Methods

Burada, kararsız kıvırma akar değiştirilmiş duman akışı görselleştirme tekniği kullanarak bir delta kanat üzerinde gözlemlemek ve öncü girdap arıza Mekanlar salınım için sorumlu mekanizma araştırmak için bir protokol mevcut.

Akış yapısı akış görüntüleme yöntemleri ile Delta kanat üzerinde deneysel incelenmesi

It is well known that the flow field over a delta wing is dominated by a pair of counter rotating leading edge vortices (LEV). However, their mechanism is ...

experimental-investigation-flow-structure-over-delta-wing-via-flow

Nanyang Technological University

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Civil Engineering

Mechanical Engineering

Engineering

Unit 1

Flow over Immersed Bodies

Force Vectors

SCIENTISTS IN ACTION

10.5K Görüntüleme.  Hong Kong Polytechnic University. Burada, kararsız kıvırma akar değiştirilmiş duman akışı görselleştirme tekniği kullanarak bir delta kanat üzerinde gözlemlemek ve öncü girdap arıza Mekanlar salınım için sorumlu mekanizma araştırmak için bir protokol mevcut.

Video: Experimental Investigation of the Flow Structure over a Delta Wing Via Flow Visualization Methods

Determining 3D Flow Fields via Multi-camera Light Field Imaging

In the field of fluid mechanics, the resolution of computational schemes has outpaced experimental methods and widened the gap between predicted and observed phenomena in fluid flows. Thus, a need exists for an accessible method capable of resolving three-dimensional (3D) data sets for a range of problems. We present a novel technique for performing quantitative 3D imaging of many types of flow fields. The 3D technique enables investigation of complicated velocity fields and bubbly flows. Measurements of these types present a variety of challenges to the instrument. For instance, optically dense bubbly multiphase flows cannot be readily imaged by traditional, non-invasive flow measurement techniques due to the bubbles occluding optical access to the interior regions of the volume of interest. By using Light Field Imaging we are able to reparameterize images captured by an array of cameras to reconstruct a 3D volumetric map for every time instance, despite partial occlusions in the volume. The technique makes use of an algorithm known as synthetic aperture (SA) refocusing, whereby a 3D focal stack is generated by combining images from several cameras post-capture 1. Light Field Imaging allows for the capture of angular as well as spatial information about the light rays, and hence enables 3D scene reconstruction. Quantitative information can then be extracted from the 3D reconstructions using a variety of processing algorithms. In particular, we have developed measurement methods based on Light Field Imaging for performing 3D particle image velocimetry (PIV), extracting bubbles in a 3D field and tracking the boundary of a flickering flame. We present the fundamentals of the Light Field Imaging methodology in the context of our setup for performing 3DPIV of the airflow passing over a set of synthetic vocal folds, and show representative results from application of the technique to a bubble-entraining plunging jet.

A technique for performing quantitative three-dimensional (3D) imaging for a range of fluid flows is presented. Using concepts from the area of Light Field Imaging, we reconstruct 3D volumes from arrays of images. Our 3D results span a broad range including velocity fields and multi-phase bubble size distributions.

Çoklu kamera Işık Alanı Görüntüleme aracılığıyla 3D Akış Alanları Belirleme

In the field of fluid mechanics, the resolution of computational schemes has outpaced experimental methods and widened the gap between predicted and ...

Mühendislik

Fabrication, Operation and Flow Visualization in Surface-acoustic-wave-driven Acoustic-counterflow Microfluidics

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we present the fabrication protocol for a multilayered SAW acoustic counterflow device. The device is fabricated starting from a lithium niobate (LN) substrate onto which two interdigital transducers (IDTs) and appropriate markers are patterned. A polydimethylsiloxane (PDMS) channel cast on an SU8 master mold is finally bonded on the patterned substrate. Following the fabrication procedure, we show the techniques that allow the characterization and operation of the acoustic counterflow device in order to pump fluids through the PDMS channel grid. We finally present the procedure to visualize liquid flow in the channels. The protocol is used to show on-chip fluid pumping under different flow regimes such as laminar flow and more complicated dynamics characterized by vortices and particle accumulation domains.

In this video we first describe fabrication and operation procedures of a surface acoustic wave (SAW) acoustic counterflow device. We then demonstrate an experimental setup that allows for both qualitative flow visualization and quantitative analysis of complex flows within the SAW pumping device.

Yüzey-akustik dalga odaklı Akustik-ters akışlı Mikroakiskan Fabrikasyon, İşletme ve Akış Görselleştirme

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we ...

Measuring Material Microstructure Under Flow Using 1-2 Plane Flow-Small Angle Neutron Scattering

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is presented. The SANS shear cell consists of a concentric cylinder Couette geometry that is sealed and rotating about a horizontal axis so that the vorticity direction of the flow field is aligned with the neutron beam enabling scattering from the 1-2 plane of shear (velocity-velocity gradient, respectively). This approach is an advance over previous shear cell sample environments as there is a strong coupling between the bulk rheology and microstructural features in the 1-2 plane of shear. Flow-instabilities, such as shear banding, can also be studied by spatially resolved measurements. This is accomplished in this sample environment by using a narrow aperture for the neutron beam and scanning along the velocity gradient direction. Time resolved experiments, such as flow start-ups and large amplitude oscillatory shear flow are also possible by synchronization of the shear motion and time-resolved detection of scattered neutrons. Representative results using the methods outlined here demonstrate the useful nature of spatial resolution for measuring the microstructure of a wormlike micelle solution that exhibits shear banding, a phenomenon that can only be investigated by resolving the structure along the velocity gradient direction. Finally, potential improvements to the current design are discussed along with suggestions for supplementary experiments as motivation for future experiments on a broad range of complex fluids in a variety of shear motions.

A shear cell is developed for small-angle neutron scattering measurements in the velocity-velocity gradient plane of shear and is used to characterize complex fluids. Spatially resolved measurements in the velocity gradient direction are possible for studying shear-banding materials. Applications include investigations of colloidal dispersions, polymer solutions, and self-assembled structures.

1-2 Düzlem Flow-Küçük Açı Nötron Saçılma kullanma Malzeme Mikroyapı altında Akış Ölçme

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film synthesis) for the purpose of exploratory materials research. Certain materials pose a challenge wherein the traditional bulk Hall bar device fabrication method is insufficient to produce a measureable device for sample transport measurement, principally because the single crystal size is too small to attach wire leads to the sample in a Hall bar configuration. This can be, for example, because the first batch of a new material synthesized yields very small single crystals or because flakes of samples of one to very few monolayers are desired. In order to enable rapid characterization of materials that may be carried out in parallel with improvements to their growth methodology, a method of device fabrication for very small samples has been devised to permit the characterization of novel materials as soon as a preliminary batch has been produced. A slight variation of this methodology is applicable to producing devices using exfoliated samples of two-dimensional materials such as graphene, hexagonal boron nitride (hBN), and transition metal dichalcogenides (TMDs), as well as multilayer heterostructures of such materials. Here we present detailed protocols for the experimental device fabrication of fragments and flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate and subsequent measurement in a commercial superconducting magnet, dry helium close-cycle cryostat magnetotransport system at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

We describe the methodology of mechanical exfoliation and deposition of flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate, fabrication of experimental device structures for transport experimentation, and the magnetotransport measurement in a dry helium close-cycle cryostat at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

Yeni Malzemelerin Düşük sıcaklık Magnetotransport Ölçüm İleri Deneysel Yöntemler

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor compression based cooling process. Nickel-Titanium (Ni-Ti) based alloy systems, especially, show large elastocaloric effects. Furthermore, exhibit large latent heats which is a necessary material property for the development of an efficient solid-state based cooling process. A scientific test rig has been designed to investigate these processes and the elastocaloric effects in SMAs. The realized test rig enables independent control of an SMA&#39;s mechanical loading and unloading cycles, as well as conductive heat transfer between SMA cooling elements and a heat source/sink. The test rig is equipped with a comprehensive monitoring system capable of synchronized measurements of mechanical and thermal parameters. In addition to determining the process-dependent mechanical work, the system also enables measurement of thermal caloric aspects of the elastocaloric cooling effect through use of a high-performance infrared camera. This combination is of particular interest, because it allows illustrations of localization and rate effects &#8212; both important for efficient heat transfer from the medium to be cooled.
The work presented describes an experimental method to identify elastocaloric material properties in different materials and sample geometries. Furthermore, the test rig is used to investigate different cooling process variations. The introduced analysis methods enable a differentiated consideration of material, process and related boundary condition influences on the process efficiency. The comparison of the experimental data with the simulation results (of a thermomechanically coupled finite element model) allows for better understanding of the underlying physics of the elastocaloric effect. In addition, the experimental results, as well as the findings based on the simulation results, are used to improve the material properties.

Experimental methods for investigation of solid state cooling processes and characterization of elastocaloric material properties of Shape Memory Alloys (SMA) are presented. A custom-built test rig has been designed for controlling and comprehensive monitoring of elastocaloric cooling processes. Furthermore, it provides a validation platform for thermomechanically coupled modeling approaches.

Şekil Bellek İncelenmesi Tabanlı Elastocaloric Soğutma Süreçler ve Model Doğrulama için Deneysel Yöntemler

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor ...

Three-dimensional Particle Tracking Velocimetry for Turbulence Applications: Case of a Jet Flow

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic recording of image sequences. The basic components, features, constraints and optimization tips of a 3D-PTV topology consisting of a high-speed camera with a four-view splitter are described and discussed in this article. The technique is applied to the intermediate flow field (5 &#60;x/d &#60;25) of a circular jet at Re &#8776; 7,000. Lagrangian flow features and turbulence quantities in an Eulerian frame are estimated around ten diameters downstream of the jet origin and at various radial distances from the jet core. Lagrangian properties include trajectory, velocity and acceleration of selected particles as well as curvature of the flow path, which are obtained from the Frenet-Serret equation. Estimation of the 3D velocity and turbulence fields around the jet core axis at a cross-plane located at ten diameters downstream of the jet is compared with literature, and the power spectrum of the large-scale streamwise velocity motions is obtained at various radial distances from the jet core.

A three-dimensional particle tracking velocimetry (3D-PTV) system based on a high-speed camera with a four-view splitter is described here. The technique is applied to a jet flow from a circular pipe in the vicinity of ten diameters downstream at Reynolds number Re &#8776; 7,000.

Türbülans Uygulamaları için üç boyutlu Parçacık Takip Akımları: Jet Akış Örneği

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic ...

Design and Use of a Full Flow Sampling System (FFS) for the Quantification of Methane Emissions

The use of natural gas continues to grow with increased discovery and production of unconventional shale resources. At the same time, the natural gas industry faces continued scrutiny for methane emissions from across the supply chain, due to methane&#39;s relatively high global warming potential (25-84x that of carbon dioxide, according to the Energy Information Administration). Currently, a variety of techniques of varied uncertainties exists to measure or estimate methane emissions from components or facilities. Currently, only one commercial system is available for quantification of component level emissions and recent reports have highlighted its weaknesses.
In order to improve accuracy and increase measurement flexibility, we have designed, developed, and implemented a novel full flow sampling system (FFS) for quantification of methane emissions and greenhouse gases based on transportation emissions measurement principles. The FFS is a modular system that consists of an explosive-proof blower(s), mass airflow sensor(s) (MAF), thermocouple, sample probe, constant volume sampling pump, laser based greenhouse gas sensor, data acquisition device, and analysis software. Dependent upon the blower and hose configuration employed, the current FFS is able to achieve a flow rate ranging from 40 to 1,500 standard cubic feet per minute (SCFM). Utilization of laser-based sensors mitigates interference from higher hydrocarbons (C2+). Co-measurement of water vapor allows for humidity correction. The system is portable, with multiple configurations for a variety of applications ranging from being carried by a person to being mounted in a hand drawn cart, on-road vehicle bed, or from the bed of utility terrain vehicles (UTVs). The FFS is able to quantify methane emission rates with a relative uncertainty of &#177; 4.4%. The FFS has proven, real world operation for the quantification of methane emissions occurring in conventional and remote facilities.

Design and Use of a Full Flow Sampling System FFS for the Quantification of Methane Emissions

We have designed, developed, and implemented a novel full flow sampling system (FFS) for quantification of methane emissions and greenhouse gases from across the natural gas supply chain.

Metan Emisyonları Niceleme Tasarım ve Tam Debi Örnekleme Sistemi (FFS) Kullanımı

The use of natural gas continues to grow with increased discovery and production of unconventional shale resources. At the same time, the natural gas ...

Microfluidic Imaging Flow Cytometry by Asymmetric-detection Time-stretch Optical Microscopy (ATOM)

Scaling the number of measurable parameters, which allows for multidimensional data analysis and thus higher-confidence statistical results, has been the main trend in the advanced development of flow cytometry. Notably, adding high-resolution imaging capabilities allows for the complex morphological analysis of cellular/sub-cellular structures. This is not possible with standard flow cytometers. However, it is valuable for advancing our knowledge of cellular functions and can benefit life science research, clinical diagnostics, and environmental monitoring. Incorporating imaging capabilities into flow cytometry compromises the assay throughput, primarily due to the limitations on speed and sensitivity in the camera technologies. To overcome this speed or throughput challenge facing imaging flow cytometry while preserving the image quality, asymmetric-detection time-stretch optical microscopy (ATOM) has been demonstrated to enable high-contrast, single-cell imaging with sub-cellular resolution, at an imaging throughput as high as 100,000 cells/s. Based on the imaging concept of conventional time-stretch imaging, which relies on all-optical image encoding and retrieval through the use of ultrafast broadband laser pulses, ATOM further advances imaging performance by enhancing the image contrast of unlabeled/unstained cells. This is achieved by accessing the phase-gradient information of the cells, which is spectrally encoded into single-shot broadband pulses. Hence, ATOM is particularly advantageous in high-throughput measurements of single-cell morphology and texture &#8211; information indicative of cell types, states, and even functions. Ultimately, this could become a powerful imaging flow cytometry platform for the biophysical phenotyping of cells, complementing the current state-of-the-art biochemical-marker-based cellular assay. This work describes a protocol to establish the key modules of an ATOM system (from optical frontend to data processing and visualization backend), as well as the workflow of imaging flow cytometry based on ATOM, using human cells and micro-algae as the examples.

Microfluidic Imaging Flow Cytometry by Asymmetric-detection Time-stretch Optical Microscopy ATOM

This protocol describes the implementation of an asymmetric-detection time-stretch optical microscopy system for single-cell imaging in ultrafast microfluidic flow and its applications in imaging flow cytometry.

Asimetrik Algılama Zaman-Streçi Optik Mikroskopi (ATOM) ile Mikroakışkan Görüntüleme Akış Sitometresi

Scaling the number of measurable parameters, which allows for multidimensional data analysis and thus higher-confidence statistical results, has been the ...

Experimental Methods for Trapping Ions Using Microfabricated Surface Ion Traps

Ions trapped in a quadrupole Paul trap have been considered one of the strong physical candidates to implement quantum information processing. This is due to their long coherence time and their capability to manipulate and detect individual quantum bits (qubits). In more recent years, microfabricated surface ion traps have received more attention for large-scale integrated qubit platforms. This paper presents a microfabrication methodology for ion traps using micro-electro-mechanical system (MEMS) technology, including the fabrication method for a 14 &#181;m-thick dielectric layer and metal overhang structures atop the dielectric layer. In addition, an experimental procedure for trapping ytterbium (Yb) ions of isotope 174 (174Yb+) using 369.5 nm, 399 nm, and 935 nm diode lasers is described. These methodologies and procedures involve many scientific and engineering disciplines, and this paper first presents the detailed experimental procedures. The methods discussed in this paper can easily be extended to the trapping of Yb ions of isotope 171 (171Yb+) and to the manipulation of qubits.

This paper presents a microfabrication methodology for surface ion traps, as well as a detailed experimental procedure for trapping ytterbium ions in a room-temperature environment.

Microfabricated kullanarak iyonları bindirme için deneysel yöntemleri iyon tuzakları yüzey

Ions trapped in a quadrupole Paul trap have been considered one of the strong physical candidates to implement quantum information processing. This is due ...

Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of nanowires. DEP is used for nanowire analysis, characterization, and for solution-based fabrication of semiconducting devices. The method works by applying an alternating electric field between metallic electrodes. The nanowire formulation is then dropped onto the electrodes which are on an inclined surface to create a flow of the formulation using gravity. The nanowires then align along the gradient of the electric field and in the direction of the liquid flow. The frequency of the field can be adjusted to select nanowires with superior conductivity and lower trap density. 
In this work, flow-assisted DEP is used to create nanowire field effect transistors. Flow-assisted DEP has several advantages: it allows selection of nanowire electrical properties; control of nanowire length; placement of nanowires in specific areas; control of orientation of nanowires; and control of nanowire density in the device. 
The technique can be expanded to many other applications such as gas sensors and microwave switches. The technique is efficient, quick, reproducible, and it uses a minimal amount of dilute solution making it ideal for the testing of novel nanomaterials. Wafer scale assembly of nanowire devices can also be achieved using this technique, allowing large numbers of samples for testing and large-area electronic applications.

In this paper, flow assisted dielectrophoresis is demonstrated for the self-assembly of nanowire devices. The fabrication of a silicon nanowire field effect transistor is shown as an example.

Akış yoluyla Dielectrophoresis: Yüksek performanslı çözüm processable Nanowire cihazları imalatı için düşük maliyetli bir yöntem

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of ...