RU2577793C1 - Method for thermal-imaging determination of turbulence characteristics of non-isothermal flux - Google Patents
Method for thermal-imaging determination of turbulence characteristics of non-isothermal flux Download PDFInfo
- Publication number
- RU2577793C1 RU2577793C1 RU2014139409/28A RU2014139409A RU2577793C1 RU 2577793 C1 RU2577793 C1 RU 2577793C1 RU 2014139409/28 A RU2014139409/28 A RU 2014139409/28A RU 2014139409 A RU2014139409 A RU 2014139409A RU 2577793 C1 RU2577793 C1 RU 2577793C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermal
- thermal imaging
- vessel
- pulsations
- heat flux
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технической физике, более конкретно к термографии, и может быть использовано при создании технологии тепловизионного определения количественных пульсационных характеристик турбулентности неизотермического потока жидкости путем измерения пространственно-временных параметров нестационарного температурного поля в зоне пограничного слоя.The invention relates to technical physics, more specifically to thermography, and can be used to create a thermal imaging technology for determining the quantitative pulsation characteristics of the turbulence of an isothermal fluid flow by measuring the spatio-temporal parameters of an unsteady temperature field in the boundary layer zone.
Известен способ тепловизионной диагностики процессов теплоотдачи (Ru, №2255315 от 16.07.2004, G01K 13/02), включающий измерение температурных полей твердого тела и газового потока, причем измерение температурного поля газового потока, производимое синхронно с измерением температурного поля твердого тела, осуществляют путем размещения в газовом потоке преобразователя температуры в виде сетки таким образом, что обрез сетки находится в пределах толщины пограничного слоя при ламинарном течении газового потока или в пределах толщины вязкого подслоя при турбулентном течении газового потока.A known method of thermal imaging diagnostics of heat transfer processes (Ru, No. 2255315 dated July 16, 2004, G01K 13/02), comprising measuring the temperature fields of a solid and a gas stream, moreover, measuring the temperature field of a gas stream, carried out simultaneously with the measurement of the temperature field of a solid, is carried out by placing the temperature transducer in the form of a grid in the gas stream in such a way that the edge of the grid is within the thickness of the boundary layer during a laminar flow of the gas stream or within the thickness of the viscous sublayer and turbulent gas flow.
К недостаткам данного способа относится то, что в известном устройстве присутствует сетка - преобразователь температуры, что позволяет выполнять измерения температурного поля только в газовом потоке, так как жидкость является непрозрачной для инфракрасного излучения (ИК), недостоверность и длительное время измерения параметров.The disadvantages of this method include the fact that in the known device there is a grid - a temperature converter, which allows you to measure the temperature field only in the gas stream, since the liquid is opaque to infrared radiation (IR), inaccuracy and a long measurement time.
Наиболее близким по технической сущности является способ тепловизионного определения характеристик турбулентности газового потока (Ru, №2400717 от 09.06.2008, G01K 13/02) путем промера температурного поля, характеризующийся тем, что промер температуры осуществляют с помощью тепловизора, получая тепловизионную термовидеограмму горячего газового потока на фоне технологической поверхности, после чего находят последовательное изменение температуры в n-м количестве кадров, взятых из тепловизионного фильма в каждом контрольном пикселе, по которому определяют дисперсию изменения температуры по упомянутым кадрам для каждого контрольного пикселя, задают пороговое значение дисперсии, сравнивают значение дисперсии температуры в каждом контрольном пикселе с пороговым уровнем и по результатам сравнения выделяют контрольные пиксели, принадлежащие области существования факела, по значению дисперсии в которых судят о турбулентности и структуре газового потока.The closest in technical essence is the thermal imaging method for determining the gas flow turbulence characteristics (Ru, No. 2400717 dated 06/09/2008, G01K 13/02) by measuring the temperature field, characterized in that the temperature measurement is carried out using a thermal imager, obtaining a thermal gas thermal imaging thermogram against the background of the technological surface, after which a sequential temperature change is found in the nth number of frames taken from the thermal imaging film in each control pixel, according to which the dispersion of the temperature change by the said frames for each control pixel is set, the dispersion threshold value is set, the temperature dispersion value in each control pixel is compared with the threshold level, and control pixels belonging to the region of the torch existence are selected by the comparison results, in which turbulence is judged by the dispersion value gas flow structure.
К недостаткам данного способа относится то, что способ позволяет выполнять измерения температурного поля только в газовом потоке, так как жидкость является непрозрачной для инфракрасного излучения, недостоверность и длительное время измерения параметров.The disadvantages of this method include the fact that the method allows you to measure the temperature field only in the gas stream, since the liquid is opaque to infrared radiation, inaccuracy and a long measurement time.
Технической задачей является разработка способа тепловизионного определения количественных пульсационных характеристик турбулентности неизотермического потока жидкости, позволяющего снимать информацию из узкой (десятки микрон) локальной зоны контакта жидкости с твердой поверхностью стенки, прозрачной для ИК-излучения.The technical task is to develop a thermal imaging method for determining the quantitative pulsation characteristics of the turbulence of a non-isothermal fluid flow, which allows to take information from a narrow (tens of microns) local area of contact of the fluid with a solid wall surface that is transparent to IR radiation.
Техническим результатом решения поставленной задачи является идентификация участков турбулентного спектра в зоне пограничного слоя потока жидкости.The technical result of the solution of this problem is the identification of sections of the turbulent spectrum in the zone of the boundary layer of the fluid flow.
Технический результат достигается тем, что в способе тепловизионного определения характеристик турбулентности неизотермического потока жидкости путем промера температурного поля с помощью тепловизора, получая тепловизионную термовидеограмму и находя последовательное изменение температуры в n-м количестве кадров, взятых из цифрового тепловизионного фильма в каждом контрольном пикселе, выбирают сосуд с прозрачной для инфракрасного излучения стенкой, заполняют его жидкостью и осуществляют промер теплового потока в зоне пограничного с внутренней поверхностью стенки сосуда слоя, причем предварительно проводят точную фокусировку макрообъектива на внутренней поверхности стенки сосуда, затем по тепловизионной термовидеограмме определяют зависимость амплитуды пульсаций теплового потока от времени и с помощью прямого преобразования Фурье строят спектральные кривые пульсаций теплового потока в контрольных точках, по которым выделяют и сравнивают частоты изменения теплового потока, после определяют степенной закон и по результатам сравнения идентифицируют участки турбулентного спектра, при этом съемку цифрового тепловизионного фильма проводят с частотой кадров, как минимум вдвое превышающей измеряемую частоту пульсаций теплового потока.The technical result is achieved by the fact that in the thermal imaging method for determining the turbulence characteristics of a non-isothermal fluid flow by measuring the temperature field using a thermal imager, obtaining a thermal imaging thermovideogram and finding a consistent temperature change in the nth number of frames taken from a digital thermal imaging film in each control pixel, select a vessel with a wall transparent to infrared radiation, fill it with liquid and measure the heat flux in the border zone with the inner surface of the vessel wall of the layer, moreover, the macro lens is accurately focused on the inner surface of the vessel wall, then the time dependence of the amplitude of the pulsations of the heat flux is determined from the thermal imaging thermovideogram, and the spectral curves of the pulsations of the heat flux are constructed using the direct Fourier transform at the control points, according to which and compare the frequency of change of the heat flux, then determine the power law and identify the sections by comparison turbulent spectrum, while shooting a digital thermal imaging film is carried out with a frame rate of at least twice the measured pulse frequency of the heat flux.
Толщина пограничного участка жидкости составляет около 100 мкм.The thickness of the boundary portion of the liquid is about 100 microns.
На Фиг. 1 изображена блок-схема, поясняющая суть способа тепловизионного определения характеристик турбулентности неизотермического потока жидкости.In FIG. 1 is a flowchart illustrating the essence of a thermal imaging method for determining the turbulence characteristics of a non-isothermal fluid flow.
На Фиг. 2 изображено устройство для осуществления предложенного способа.In FIG. 2 shows a device for implementing the proposed method.
На Фиг. 3 приведен пример термовидеограммы.In FIG. 3 shows an example of a thermal video.
На Фиг. 4 приведен пример постановки контрольной точки и график изменения температуры.In FIG. 4 shows an example of setting a control point and a graph of temperature changes.
Устройство состоит из тепловизионной камеры (1), сосуда с жидкостью (2), инфракрасно-прозрачной стенки (3).The device consists of a thermal imaging camera (1), a vessel with a liquid (2), an infrared transparent wall (3).
Предложенный способ заключается в следующем.The proposed method is as follows.
Объектив тепловизора (1) с малым фокусным расстоянием фокусируют на стенку (3) сосуда (2), прозрачную для ИК-излучения. Плоскостью наведения является внутренняя поверхность стенки (3), точность фокусировки 0,1 мм.The thermal imager lens (1) with a small focal length is focused on the wall (3) of the vessel (2), which is transparent to infrared radiation. The guidance plane is the inner surface of the wall (3), the focusing accuracy is 0.1 mm.
Производят тепловизором (1) съемку цифровой тепловизионной термовидеограммы турбулентного неизотермического течения жидкости - излучения из зоны контакта жидкости со стенкой (3). На Фиг. 3 приведен пример термовидеограммы. Частоту съемки выбирают такой, чтобы ее значение превышало по крайней мере в 2 раза максимальное значение частоты пульсаций, которое требуется измерить. Это связано с тем, что на каждую пульсацию теплового потока должно приходиться не менее двух кадров термовидеограммы для однознозначной идентификации пульсаций. Для стандартных турбулентных спектров воды такое значение - 30-40 Гц.Using a thermal imager (1), digital thermal imaging thermovideo images of a turbulent nonisothermal fluid flow — radiation from the zone of contact of the fluid with the wall — are taken (3). In FIG. 3 shows an example of a thermal video. The shooting frequency is chosen so that its value exceeds at least 2 times the maximum value of the ripple frequency that you want to measure. This is due to the fact that for every pulsation of the heat flux, there must be at least two frames of the thermal video for unambiguous identification of the pulsations. For standard turbulent spectra of water, this value is 30–40 Hz.
Выбирают контрольные точки (пиксели) для снятия спектров, после чего находят последовательное изменение температуры в n-м количестве кадров, взятых из цифрового тепловизионного фильма в каждом контрольном пикселе с длительностью съемки не менее нескольких минут. На Фиг. 4 приведен пример постановки контрольной точки и график изменения температуры.Control points (pixels) are selected for taking spectra, after which a consistent temperature change is found in the nth number of frames taken from a digital thermal imaging film in each control pixel with a shooting time of at least several minutes. In FIG. 4 shows an example of setting a control point and a graph of temperature changes.
С помощью стандартной программы, реализующей быстрое преобразование Фурье (FFT) (например, в программной среде Python), строят спектральные кривые пульсаций теплового потока, в контрольных точках - зависимости приведенной плотности энергии от частоты пульсаций. Для определения степенного закона и идентификации спектров пульсации жидкости исследуемая функциональная зависимость представляют в двойных логарифмических координатах, где степенные законы соответствуют прямым линиям. На Фиг. 4 представлены спектральные кривые пульсации теплового потока в двойных логарифмических координатах.Using a standard program that implements fast Fourier transform (FFT) (for example, in the Python software environment), spectral curves of heat flow pulsations are constructed, and at control points, the dependences of the reduced energy density on the pulsation frequency are constructed. To determine the power law and identify the spectra of fluid pulsations, the studied functional dependence is presented in double logarithmic coordinates, where the power laws correspond to straight lines. In FIG. Figure 4 shows the spectral curves of the heat flux pulsation in double logarithmic coordinates.
По полученным энергетическим спектрам выделяют и сравнивают частоты изменения теплового потока, определяют степенной закон наклона образующей спектральной кривой.According to the obtained energy spectra, the frequencies of changes in the heat flux are isolated and compared, the power law of the slope of the generatrix of the spectral curve is determined.
По результатам сравнения идентифицируют участки турбулентного спектра - те участки, на которых угол наклона верхней образующей при наложении касательных совпадает с углом наклона прямой -5/3 (Закон Колмогорова Е(k)~k-5/3 - изображен пунктирной линией на Фиг. 4, гдеBased on the results of the comparison, sections of the turbulent spectrum are identified — those sections in which the angle of inclination of the upper generatrix when applying tangents coincides with the angle of inclination of the straight line -5/3 (Kolmogorov’s law E (k) ~ k -5/3 - is depicted by the dashed line in Fig. 4 where
Е - энергия,E is energy
k - волновое число).k is the wave number).
На Фиг. 4 представлено визуальное сравнение для идентификации участков турбулентного спектра.In FIG. 4 presents a visual comparison to identify sections of the turbulent spectrum.
По результатам данного сравнения выделяют контрольные точки, принадлежащие области существования турбулентного течения в пограничном слое жидкости. Определяют количественно диапазон частот, в котором течение жидкости в каждой контрольной точке является турбулентным.Based on the results of this comparison, control points are identified that belong to the region of existence of the turbulent flow in the boundary layer of the liquid. The frequency range in which the fluid flow at each control point is turbulent is quantified.
Таким образом, использование данного способа тепловизионного определения количественных пульсационных характеристик турбулентности неизотермического потока жидкости путем измерения пространственно-временных параметров нестационарного температурного поля позволяет идентифицировать участки турбулентного спектра в зоне пограничного слоя потока жидкости, что решает задачу верификации и валидациии расчетных кодов.Thus, the use of this thermal imaging method for determining the quantitative pulsation characteristics of the turbulence of an isothermal fluid flow by measuring the spatiotemporal parameters of an unsteady temperature field allows us to identify sections of the turbulent spectrum in the zone of the boundary layer of the fluid flow, which solves the problem of verification and validation of calculation codes.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014139409/28A RU2577793C1 (en) | 2014-09-30 | 2014-09-30 | Method for thermal-imaging determination of turbulence characteristics of non-isothermal flux |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014139409/28A RU2577793C1 (en) | 2014-09-30 | 2014-09-30 | Method for thermal-imaging determination of turbulence characteristics of non-isothermal flux |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2577793C1 true RU2577793C1 (en) | 2016-03-20 |
Family
ID=55648011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014139409/28A RU2577793C1 (en) | 2014-09-30 | 2014-09-30 | Method for thermal-imaging determination of turbulence characteristics of non-isothermal flux |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2577793C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4422413A1 (en) * | 1994-06-29 | 1996-01-04 | Bfi Entsorgungstech | Method for monitoring a cross-section through which fluid flows |
| WO2001022045A1 (en) * | 1999-09-23 | 2001-03-29 | Abb Research Ltd. | Method and device for measuring the temperature of a gas using laser-induced incandescence pyrometry |
| RU2230300C2 (en) * | 2002-04-10 | 2004-06-10 | Жилкин Борис Прокопьевич | Device for measuring temperature field of gas flow |
| RU2255315C1 (en) * | 2004-07-16 | 2005-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет - УПИ" | Mode of thermal imaging diagnostics of heat emission processors |
| RU2400717C2 (en) * | 2008-06-09 | 2010-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет - УПИ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина" (ГОУ ВПО УГТУ-УПИ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина) | Thermal imaging method for determining gas flow turbulence characteristics |
-
2014
- 2014-09-30 RU RU2014139409/28A patent/RU2577793C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4422413A1 (en) * | 1994-06-29 | 1996-01-04 | Bfi Entsorgungstech | Method for monitoring a cross-section through which fluid flows |
| WO2001022045A1 (en) * | 1999-09-23 | 2001-03-29 | Abb Research Ltd. | Method and device for measuring the temperature of a gas using laser-induced incandescence pyrometry |
| RU2230300C2 (en) * | 2002-04-10 | 2004-06-10 | Жилкин Борис Прокопьевич | Device for measuring temperature field of gas flow |
| RU2255315C1 (en) * | 2004-07-16 | 2005-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет - УПИ" | Mode of thermal imaging diagnostics of heat emission processors |
| RU2400717C2 (en) * | 2008-06-09 | 2010-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет - УПИ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина" (ГОУ ВПО УГТУ-УПИ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина) | Thermal imaging method for determining gas flow turbulence characteristics |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9905014B2 (en) | Method and system for the examination of a sample by means of thermography | |
| US8577120B1 (en) | Methods and systems for characterization of an anomaly using infrared flash thermography | |
| US8692887B2 (en) | Thermal imaging method and apparatus for evaluating coatings | |
| JP6628113B2 (en) | Thickness measuring method and thickness measuring device, and defect detecting method and defect detecting device | |
| JP2020527227A5 (en) | ||
| US9816866B2 (en) | Method for examination of a sample by means of the heat flow thermography | |
| EP2952884B1 (en) | Method for examination of a sample by means of the lock-in thermography | |
| US10620133B1 (en) | Contrast-based imaging and analysis computer-implemented methods to analyze thermography data for nondestructive evaluation | |
| RU2014153519A (en) | PHOTO MANAGEMENT METHOD, DEVICE AND TERMINAL | |
| US9874440B2 (en) | Method for assessing the depth of a crack | |
| JP2017227606A (en) | Defect detection device and defect detection method | |
| US10332248B1 (en) | Contrast based imaging and analysis computer-implemented method to analyze pulse thermography data for nondestructive evaluation | |
| RU2577793C1 (en) | Method for thermal-imaging determination of turbulence characteristics of non-isothermal flux | |
| JP6865927B2 (en) | Inspection equipment, inspection methods, inspection programs, storage media, and inspection systems | |
| WO2021262313A9 (en) | Thermographic non-destructive testing using temperature-limited modulation | |
| JP2013160627A (en) | Blast furnace tapping temperature measuring method, blast furnace tapping temperature measuring system, computer program, and computer readable memory medium | |
| Whitenton | An introduction for machining researchers to measurement uncertainty sources in thermal images of metal cutting | |
| JP2014154981A5 (en) | Image processing apparatus, image processing method, imaging apparatus, and control method thereof | |
| Milic et al. | Arduino-Based Non-Contact System for Thermal-Imaging of Electronic Circuits | |
| Koshti | Infrared Contrast Analysis Technique for Flash Thermography Nondestructive Evaluation | |
| JP7209270B2 (en) | Thickness measuring method and thickness measuring device, and defect detecting method and defect detecting device | |
| JP4097079B2 (en) | Defect inspection method and apparatus | |
| JP6539139B2 (en) | Image processing method for infrared image data and infrared image processing apparatus | |
| Koshti | Infrared contrast data analysis method for quantitative measurement and monitoring in flash infrared thermography | |
| JP2009300086A (en) | Thermophysical property measuring method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171001 |
|
| TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: CORRECTION TO CHAPTER -MM4A- IN JOURNAL 19-2018 |