Nytt lasersystem mäter flöden i 3D

Publicerad: 28 februari 2017

John Field laboratoriet har fått en tomografisk PIV – en ljusstark laser och fyra kameror för att mäta olika strömningsmekaniska fenomen i 3D. Den kommer att vara viktig för forskning inom områden som vattenkraft, gruv- och stålindustri, biokompositer och maskinkomponenter.

– Med hjälp av en ljusstark laser och fyra kameror så kan vi mäta på allt som strömmar (flödar) så länge det är optiskt transparent. Flöden som är väldigt tredimensionella är av extra intresse eftersom man direkt får en 3D-bild av hur flödet ser ut. Det gör att vi relativt snabbt och enkelt kan mäta, visualisera och få en djupare förståelse av olika strömningsmekaniska fenomen, säger Sofia Larsson, Post doktor i strömningslära vid Luleå tekniska universitet.

– Strömningsmekanik finns överallt runtomkring oss och det är oerhört viktigt att förstå flöden, vilka krafter som uppstår och hur dessa påverkar olika objekt. Rymden, vädret, havet, flygplan, fartyg, bilar, vind- och vattenkraft, listan kan göras hur lång som helst.

Mätning av volym ger en bättre bild

Det nya mätsystemet gör det möjligt att mäta alla tre hastighetskomponenter (uppåt-nedåt, höger-vänster, framåt-bakåt) i en volym på en och samma gång utan att störa flödet. Som framgår av bildspelet så placeras mätutrustningen utanför flödet.

– Tidigare har vi bara kunnat mäta i ett plan, ej i en volym, och då går man miste om viktigt information och det kan vara svårt att bedöma vad som händer i flödet utanför mätplanet. Detta gäller särskilt flöden med stora tredimensionella effekter, alltså att det inte bara är välordnat i en riktning som det är vid exempelvis rörströmning. Ju bättre förståelse av flödet vi har, desto lättare är det att styra flödet på det sätt som är optimalt för olika applikationer.

Projekt om porösa material

Bilderna (och videon nedan) visar den ”övningsuppställning” man haft vid installationen av systemet. Det är en vanlig akvariepump som producerar en jetstråle som sprutar ut i den lilla tanken. I tanken finns en kalibreringsplatta som används för att ställa in kamerorna.

– Det är oerhört viktigt att göra en noggrann kalibrering så att den tomografiska rekonstruktionen (skapandet av 3D-bilden) blir korrekt.

Mätsystemet tomographic PIV (Particle Image Velocimetry) kommer bland annat att användas i ett projekt där man tillsammans med forskare på matematik kommer att studera flödet genom ett tunt poröst material. Flöde genom porösa material finns inom många områden, exempelvis grundvattenflöde, komposittillverkning och vid produktion av järnmalmspellets.

Systemet är finansierat av Kempestiftelserna samt LTU:s labbfond med hälften vardera.

Foto: Ted Karlsson

Taggar