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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳進常
研究生(外文):CHIN-CHANG CHEN
論文名稱:質點影像測速法於薄膜流場的量測應用
論文名稱(外文):Measurements of Soap Film Flow Using Particle Image Velocimetry
指導教授:趙勝裕
指導教授(外文):S.Y. Jaw
學位類別:碩士
校院名稱:國立海洋大學
系所名稱:系統工程暨造船學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:97
中文關鍵詞:薄膜流場質點影像測速法肥皂膜二維流場流場可視化
外文關鍵詞:soap filmPIVvisualization
相關次數:
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本研究主要定性流場可視化與定量應用質點影像測速法(PIV),在肥皂薄膜流場中進行一系列流體通過圓柱流場的量測,並利用定性的流場影像觀測,與質點影像測速法所得之流場做比較驗證。本實驗分別量測了單一圓柱在11.2公分寬的薄膜流場與渠流中尾流流況隨雷諾數與邊界效應變化的情形,和並列雙圓柱在二維流場中兩尾流渦流擺動模式與兩圓柱間距的關係。在單一圓柱的量測上,薄膜流場為寬度11.2公分時,圓柱上游端對稱的壓力分佈無法有效抑制圓柱後方的渦漩對,使其處於平衡狀態,渦漩擺動因而產生,並隨著雷諾數而改變。在4公分渠流場中,當G/D比對稱時(G為圓柱邊緣到流場邊界的距離,D為圓柱直徑,Gap ratio),兩側的邊界效應會對渦流擺動有抑制作用。當G/D比不對稱時則會造成圓柱上游端之壓力分佈不對稱,此壓力差會使得圓柱後方產生的渦漩大小不一。在圓柱右側G/D比為0.25,左側為0.75,在雷諾數為1252時,圓柱後方已無法生成完整的Kármán Vortex Sheet。在並列雙圓柱的量測上,在T/d(T為兩圓柱中心點的距離,d為圓柱的直徑)為1.2時,因為相距太近,迴流區會結合在一起,故圓柱尾流的渦流擺動類似單一圓柱的流況。在T/d為1.4時,渦流擺動會輪替性的偏向另一邊。在3 T/d 1.6時,兩圓柱的渦流擺動開始有同相反相模式出現,但反相模式較穩定。當T/d>3時,反相模式與同相模式皆相當穩定。

In this study, both qualitative and quantitative flow visualization methods were applied to measure a variety of flow past circular cylinders in a vertical flowing soap film channel. When circular cylinders were inserted into the soap film channel, the film thickness varied due to mass conservation and different colors of light were
reflected from the soap film due to the film thickness variation. The flow pattern can be clearly visualized from the color variation of the soap film flow. For quantitative flow visualization, a double-pulsed-laser was used as the light source to illuminate the soap film flow. Seeding particle adopted was the TiO2 particle with the size of four micro meters. Velocity vectors of the soap film flow can be determined from two sequential particle images using pattern match, normalized cross correlation analysis. A series of uniform flow past a circular cylinder, in symmetric and asymmetric confined channel with different Reynolds number, and uniform flow past two side-by-side circular cylinders were performed to investigate the different patterns of Karmann vortex shedding behind circular cylinders. Detail results were given in the thesis.

目錄
目錄 Ⅰ
附圖目錄 Ⅲ
摘 要 Ⅵ
ABSTRACT Ⅶ
第一章 前言 1
第二章 薄膜流場的建置 6
第三章 質點影像測速法之原理 11
3.1 原理 11
3.2 影像分析演算法 11
A.有限質問窗尺寸引起的誤差 12
B.影像圖案比對(Pattern matching)演算法 13
C.影像比對之常態化互相關運算................................13
D.子畫素修正(Sub-pixeltting)................................15
E.錯誤的速度向量的去除與修補..........................15
第四章 量測系統之建立與實驗步驟 17
4.1 PIV量測系統之建立 17
4.2 量測實驗步驟 20
4.3流場影像分析系統之建立 21
4.4流場影像定性量測之實驗步驟 25
第五章 單一圓柱之量測 27
5.1實驗紀錄 27
5.2量測結果與討論 29
第六章 橫向並列雙圓柱尾流流場的量測 36
6.1量測結果討論 36
第七章 結論與展望 40
參考文獻 42
附圖目錄
圖1-1 薄膜流場的演進 附圖1
圖2-1薄膜水槽架構示意圖 附圖2
圖2-2 節流閥示意圖 附圖2
圖2-3 薄膜流場框架設置圖 附圖3
圖3-1: 相同大小質問窗的加權函數示意圖 附圖4
圖3-2: 較小的質問窗再較大的質問窗內做影像圖案比對示意圖 附圖4
圖3-3 不同大小質問窗的加權函數示意圖 附圖5
圖4-1 質點影像測速法設備示意圖 附圖6
圖4-2 脈衝式設備圖 附圖6
圖4-3 平凸透鏡與光頁形成示意圖 附圖7
圖4-4 SharpVision 的1300-DE數位相機 附圖7
圖4-5 數位示波器 附圖8
圖4-6 訊號驅動流程圖 附圖8
圖4-7 彩色影像分析設備示意 附圖9
圖4-8 SONY DXC-9000 數位相機 附圖9
圖5-1 11.2公分廣域流場影像量測結果 附圖10
圖5-2 直徑0.5公分圓柱在11.2cm寬薄膜流場影像與量測結果 附圖12
圖5-3 渦流擺動週期完整連續影像 附圖13
圖5-4 直徑1公分圓柱在11.2cm寬薄膜流場影像與量測結果 附圖13
圖5-5 渦流擺動週期完整連續影像 附圖15
圖5-6 直徑2公分圓柱在11.2cm寬薄膜流場影像與量測結果 附圖15
圖5-7 (a-f)渦流擺動週期完整連續影像 附圖17
圖5-8 4公分寬渠流場影像與量測結果 附圖18
圖5-9 直徑0.5cm圓柱在4cm寬渠流場影像與量測結果 附圖18
圖5-10渦流擺動週期完整連續影像 附圖21
圖5-11 直徑1公分圓柱在4cm寬渠流場影像與量測結果 附圖21
圖5-12渦流擺動週期完整連續影像 附圖23
圖5-13 直徑1cm圓柱距右壁1cm在4cm寬薄膜流場示意圖 附圖23
圖5-14 (a-f)渦流擺動週期完整連續影像 附圖25
圖5-15 直徑2cm圓柱在4cm寬渠流場影像與量測結果 附圖25
圖5-16 (a-f)渦流擺動連續影像 附圖27
圖5-17 2cm圓柱距右壁0.5cm在渠流場影像與量測結果 附圖27
圖5-18 (a-f) 渦流擺動連續影像 附圖29
圖6-1 T/D=1.2 流場影像與量測結果 附圖30
圖6-1(c-f) T/D=1.2干涉條紋分佈圖 附圖31
圖6-2 T/D=1.4流場影像與量測結果 附圖32
圖6-2 (c-h) T/D=1.4干涉條紋分佈圖 附圖33
圖6-3 T/D=1.6流場影像與量測結果 附圖33
圖6-3 (d-i) T/D=1.6連續渦漩擺動影像圖 附圖35
圖6-4 T/D=1.8流場影像與量測結果 附圖35
圖6-5 T/D=2流場影像與量測結果 附圖36
圖6-6 T/D=2.2流場影像與量測結果 附圖39
圖6-7 T/D=2.4流場影像與量測結果 附圖39
圖6-8 T/D=2.6流場影像與量測結果 附圖40
圖6-9 T/D=2.8流場影像與量測結果 附圖40
圖6-10 T/D=3.0流場影像與量測結果 附圖41
圖6-11 T/D=4.0流場影像與量測結果 附圖43
圖6-11 (d-k) 渦漩擺動同相轉變到反相 附圖44
圖6-11 (l-s) T/D=4干涉條紋分佈圖--渦漩擺動反向 附圖45
圖6-12 T/D=5.0流場影像與量測結果 附圖46
圖6-12 (d-i)T/D=5干涉條紋分佈圖--渦漩擺動同向 附圖47
圖6-12 (j-o)T/D=5干涉條紋分佈圖--渦漩擺動反向 附圖48

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