توسعه روش اندازه گیری میدان دو بعدی سرعت و توزیع قائم تنش برشی آشفته با استفاده از تکنیک پردازش تصویر و الگوریتم تعقیب ذرات

اندازه گیری متغیر های جریان یکی از دغدغه های اصلی در آزمایش های هیدرولیک محسوب می شود، در طول دو دهه ی اخیر با پیشرفت علم هیدرولیک و پیچیده شدن هرچه بیشتر آزمایش های مربوطه، سعی شده تا تجهیزات و روش های اندازه گیری دقیق تری ابداع و استفاده شوند. تجهیزات اندازه گیری کنونی از دقت مناسبی در اندازه گیری متغیر های جریان از جمله سرعت لحظه ای برخوردارند، اما این تجهیزات عموما به صورت نقطه ای اندازه گیری کرده و با توجه به سریع بودن فرآیند های جریان، اندازه گیری میدان سرعت امکان پذیر نمی باشد. با پیشرفت تجهیزات اپتیکی در دو دهه اخیر و به کارگیری پردازش تصویر، روش هایی برای اندازه گیری میدان سرعت ابداع شده اند که شامل سرعت سنجی تصویری ذرات و سرعت سنجی تعقیب ذراتمی باشد.در این تحقیق ابتدا سعی شد تا الگوریتم تعقیب ذرات سه فریمه که توسط وو (2008) برای آزمایشات هیدرولیک ارائه شده بود در محیط نرم افزار متلب بازنویسی شود. با اجرای الگوریتم فوق روی تصاویر مرجع که توسط جامعه ی مرئی سازی ژاپن ارائه شده است، خطای 35/1درصدو مدت زمان پردازش 75/35 ثانیه بدست آمد. با توجه به میزان بالای تصاویر مورد پردازش در این تحقیق، سعی شد تا با ابداع روش جدیدی سرعت اجرای الگوریتم افزایش یابد. تلاش های فوق منجر به توسعه ی الگوریتم برداری تعقیب ذرات شد. الگوریتم فوق شامل دو بخش می باشد که بخش شناسایی ذرات در نرم افزار لب ویو و به زبان گرافیکی جی و بخش تعقیب ذرات در نرم افزار متلب نوشته شده است. با اجرایالگوریتم برداری تعقیب ذرات روی تصاویر مرجع، خطای 2 درصد و زمان پردازش 54/2 ثانیه بدست آمد که 14 برابر سریع تر از الگوریتم تعقیب ذرات سه فریمه است.به منظور تعیین صحت سرعت های اندازه گیری شده توسط این روش، پنج آزمایش با سرعت های مختلف در فلوم آزمایشگاهی انجام شد و سرعت های قرائت شده توسط لوله پیتوت با اندازه گیری های انجام شده توسط الگوریتم برداری تعقیب ذرات مقایسه شدند، که میانگین خطای 19/4 درصد برای این اندازه گیری ها بدست آمد. همچنین با محاسبه ی پروفیل سرعت متوسط از روی میدانسرعت های لحظه ای، پروفیل متوسط تنش برشی آشفته محاسبه و مشاهده شد که در عمق بالاتر از لایه مرزی، تنش های برشی آشفته دارای همبستگی خطی باr^2=0.934 می باشند و می توان با امتداد این خط تا عمق صفر، تنش برشی کف را بدست آورد.نتایج بدست آمده نشان می دهد که روش سرعت سنجی تعقیب ذرات توسعه داده شده، دارای عملکرد مناسبی در تشخیص و شناسایی مکان ذرات در فریم های متوالی می باشد و در عمل نیز نتایج مطلوبی را دارا است و می توان میدان تنش برشی آشفته و تنش برشی کف را به وسیله ی این روش محاسبه کرد.