求助高速摄像机（HSMA） 测试单个粒子在流场中的运动轨迹

tianhei

各位高手好！
我想测试一个约30-40um的固体颗粒在一旋流混合器中的运动轨迹，
该粒子从旋流混合器的切向入口处加入，混合器是由柱段和锥段组成，柱段直径大约是35mm，锥段角度是15度，总长约350mm。
以下是我的思路，请大家指导：
粒子选用焦粉（黑色，密度约1.4）目的：为了易于拍摄识别；
连续相采用水；
旋流混合器采用有机玻璃加工；
粒子用针头在不同进口方位处注入；
粒子轨迹采用HSMA来测试。
我遇到的难题是：
1、单个粒子的操作问题，即如何从进口截面处加入，而且要控制进入方位，我觉得用注射器的思路还是有些问题；
2、高速摄像机能否清晰拍摄到粒子的运动轨迹，（粒子线速度4-8m/s);
3、用PIV能测试吗？

请各位有经验的高手指导，不胜感谢！

SKLCC虫草晶

粒子在旋流混合器运动轨迹是三维的，单个高速摄像机只能拍摄一个截面上的运动轨迹，前提还是理想效果。
选用的颗粒密度大于1，虽然采用水作为载体，但颗粒在法向的仍然会有沉降，要考虑台架的布局，是水平还是垂直放置。
建议可以先加入彩色颜料看看流线，比加颗粒来得容易。
08年有个合作课题用PIV测过颗粒碰撞试验，得不到单个颗粒的运动轨迹，只能测量出颗粒的统计速度（大小和方向）的概率分布曲线。
Sommerfeld早期曾经用PIV（比较原始）测量过颗粒的碰撞特性，得到过近似单个颗粒的分段轨迹，但是他的仪器采用的是胶片延时曝光得到的，现在的PIV系统都是采用CCD或COMS，可能高速PIV可以得到类似的效果，但是实际结果如何要打一个问号。以上建议仅供参考。

silkroad

楼主, 你是测一个粒子的轨迹, 还是多个粒子的.

没准你可以读读我们MPI一哥们 Xu Haitao 的文章. 他是做 Lagrangian Particle Tracking. 以前听他谈起过粒子的跟踪问题, 不过我没好好听.  你不防联系一下他. 他人很好的.

tianhei

SKLCC,你好！
谢谢你的建议。我的台架是垂直布置的，我做这个实验的目的是想测试粒子在不同进口方位的运动轨迹是随机的还是固定轨道的。
现在我面临的一个比较大的难题是单个粒子（20微米）的取出和从进口（约8*6mm）固定位置的加入问题，测试还是选高速摄像机，因为整个旋流混合器是轴对称结构，拍照出来的粒子轨迹其实还是个三维螺旋运动图，因此我可以将二维拍摄图片转画成三维立体的图形。
你提的关于彩色颜料的建议非常好，我考虑下看怎么实现，到时加入实验，非常感谢
我的QQ93535014 常沟通。

tianhei

silkroad，好啊！
我现在的计划是测试单个粒子，因为粒度一致的颗粒几乎找不出来，再还需要黑色或者红色容易识别的粒子，这个难度很大。多个相同粒子间隔时间均匀加注进去是最理想的状态，但现在没有找到合适的办法。
我呆会查一下Xu haitao的文章学习下，我也是初次做这种实验，还要大家多指导^^
方便的话留下联系方式，我好随时请教 呵呵

SKLCC虫草晶

原帖由 tianhei 于 2009-7-16 01:01 发表

                               
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SKLCC,你好！
谢谢你的建议。我的台架是垂直布置的，我做这个实验的目的是想测试粒子在不同进口方位的运动轨迹是随机的还是固定轨道的。
现在我面临的一个比较大的难题是单个粒子（20微米）的取出和从进口（约8*6m ...

确实，要控制单个微粒的释放是一个问题，你可以先试试连续释放颗粒，看看统计上的颗粒轨道是不是近似的为固定轨道，再结合染料的流线轨迹一起判断。
我可以给你建一个“土方法”，在水中添加染料的，你买一点高锰酸钾颗粒（很便宜，药店和化工品商店，几角钱），在做实验时先启动水泵让水循环起来，你用一个小镊子夹起一颗小的高锰酸钾颗粒放在进口处，很快融化了就看见流线了，只要水流能稳定就能持续一段时间。
你还可以试试直接将一个颗粒从入口释放看看效果如何。
以上共参考。QQ：40234297，上的不多，有问题可以留言或者邮件联系。

FlowTech

要做流线的话， 不是三维的么。 那样的话不用stereo 做的话不容易得到三维的结果。
假定你用stereoscopic particle tracking, 在图像清楚地情况下并不难， 因为粒子密度你可以完全控制。问题是景深很大，模型还造成图像扭曲，所以很不好做。能用曲折率和模型材料一样的工作流体的话，会方便很多。
SKLCC的建议很棒， 完全不知道对象特性的情况下，最好用最简单的方法看看大致是怎么一回事。