Monifaasivirtauksen analysointi suurnopeuskameralla
Kivelä, Juho (2017)
Kandidaatintyö
Kivelä, Juho
2017
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201708168136
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201708168136
Tiivistelmä
Tässä opinnäytetyössä tutkitaan monifaasivirtausta leijutusputkessa suurnopeuskameran
avulla. Työn tavoitteena on tunnistaa kuvatusta materiaalista liikkuvia hiukkasia ja
määrittää niiden paikalliset nopeudet, ja etäisyydet kameran linssiin nähden. Työn
tarkoituksena on myös pohtia koejärjestelyiden onnistumista. Työtä varten suoritetaan
koe, jossa kuvataan leijutusputken sisällä leijutettavia hiukkasia. Kuvaus tapahtuu
suurnopeuskameran ja siihen kiinnitettävän endoskoopin avulla. Endoskoopin tarkoitus on
nähdä putken seinämällä virtaavan tiheän seinämävirtauksen ohi virtauksen sisälle.
Analysointia varten kuvataan useita otoksia, jotka eroavat syötettävän leijutuskaasun
virtausnopeudelta ja kameran otosnopeudelta. Kuvattu koemateriaali analysoidaan
kuvantunnistusalgoritmilla, joka pyrkii selvittämään hiukkasten etäisyydet ja nopeudet
kuvatusta materiaalista. Saatuja lopputuloksia vertaillaan keskenään sekä erääseen toisen
tutkimuksen kokeeseen.
Kokeen kuvatuista videoista lasketut hiukkasten nopeudet vaikuttavat oikeilta verrattaessa
toisen tutkimuksen tuloksiin. Tuloksissa on kuitenkin todennäköisesti virheitä useiden
laskennan yksinkertaistuksien takia. Työn tavoitteet saavutettiin, sillä kuvatuista videoista
tunnistettiin liikkuvia hiukkasia ja niille pystyttiin laskemaan järkeväksi todettuja
nopeuksia. Laskettujen nopeuksien virheiden vähentämiseen tehokkaasti voidaan soveltaa
tarkastelutasoa, jonka etäisyys linssistä tiedetään. Kameran syväterävyys ei näin aiheuta
epätarkkoja hiukkasia ja hiukkasten etäisyys kameran linssiin tiedetään tarkasti. This report is about analysing a multiphase flow with the aid of a high speed camera. The aim of the report is to recognize particles from the recorded video and to define the position and velocity of each particle in relation to the camera lens. The functionality of the endoscope is also reviewed as an equipment that makes capturing video inside the flow possible. Multiple videos and scenarios will be recorded and then compared between each other and with another source. The calculated velocities seem to be realistic compared to the source data. It is very likely that the results have some errors due to many simplifications in the process of calculation. The goal of the report was reached, since some amount of particles were recognized and velocities were calculated within reasonable parameters. The report summarizes, the most effective way to minimize errors during the process is to establish a layer of examination to a known depth, so that the depth of field is optimum.
avulla. Työn tavoitteena on tunnistaa kuvatusta materiaalista liikkuvia hiukkasia ja
määrittää niiden paikalliset nopeudet, ja etäisyydet kameran linssiin nähden. Työn
tarkoituksena on myös pohtia koejärjestelyiden onnistumista. Työtä varten suoritetaan
koe, jossa kuvataan leijutusputken sisällä leijutettavia hiukkasia. Kuvaus tapahtuu
suurnopeuskameran ja siihen kiinnitettävän endoskoopin avulla. Endoskoopin tarkoitus on
nähdä putken seinämällä virtaavan tiheän seinämävirtauksen ohi virtauksen sisälle.
Analysointia varten kuvataan useita otoksia, jotka eroavat syötettävän leijutuskaasun
virtausnopeudelta ja kameran otosnopeudelta. Kuvattu koemateriaali analysoidaan
kuvantunnistusalgoritmilla, joka pyrkii selvittämään hiukkasten etäisyydet ja nopeudet
kuvatusta materiaalista. Saatuja lopputuloksia vertaillaan keskenään sekä erääseen toisen
tutkimuksen kokeeseen.
Kokeen kuvatuista videoista lasketut hiukkasten nopeudet vaikuttavat oikeilta verrattaessa
toisen tutkimuksen tuloksiin. Tuloksissa on kuitenkin todennäköisesti virheitä useiden
laskennan yksinkertaistuksien takia. Työn tavoitteet saavutettiin, sillä kuvatuista videoista
tunnistettiin liikkuvia hiukkasia ja niille pystyttiin laskemaan järkeväksi todettuja
nopeuksia. Laskettujen nopeuksien virheiden vähentämiseen tehokkaasti voidaan soveltaa
tarkastelutasoa, jonka etäisyys linssistä tiedetään. Kameran syväterävyys ei näin aiheuta
epätarkkoja hiukkasia ja hiukkasten etäisyys kameran linssiin tiedetään tarkasti.