Flussvisualisierung

Ein Model Cessna mit Heliumgefüllten Blasen zeigen Pfadlinien des Flingtip -Wirbel.

Flussvisualisierung oder Flussvisualisierung in Flüssigkeitsdynamik wird verwendet, um das zu machen fließen Muster sichtbar, um qualitative oder quantitative Informationen darüber zu erhalten.

Überblick

Die Flussvisualisierung ist die Kunst, Flussmuster sichtbar zu machen. Die meisten Flüssigkeiten (Luft, Wasser usw.) sind transparentDaher sind ihre Flussmuster für das bloßende Auge ohne Methoden unsichtbar, um sie so sichtbar zu machen.

Historisch gesehen umfassten solche Methoden experimentelle Methoden. Mit der Entwicklung von Computermodellen und CFD Simulierende Durchflussprozesse (z. B. die Verteilung der klimatisierten Luft in einem neuen Auto) wurden rein rechnerische Methoden entwickelt.

Visualisierungsmethoden

Schattenbild von der turbulenten Wolke von heißer Luft, die aus einem Gasgrill aus dem Haushalter steigen. Foto von Gary S. Settles, Floviz Inc.

In der experimentellen Flüssigkeitsdynamik werden die Flüsse durch drei Methoden visualisiert:

  • Oberflächenflussvisualisierung: Dies zeigt den Fluss Stromlinien In der Grenze als feste Oberfläche wird angesprochen. Farbiges Öl auf die Oberfläche von a Windkanal Das Modell liefert ein Beispiel (das Öl reagiert auf die Oberflächenscherungspannung und bildet ein Muster).
  • Partikel -Tracer -Methoden: Partikel wie Rauch oder Mikrokugeln, kann zu einer Strömung hinzugefügt werden, um die Flüssigkeitsbewegung zu verfolgen. Wir können die Partikel mit einem Blatt von beleuchten Laser- Licht, um ein Stück eines komplizierten Flüssigkeitsströmungsmusters zu visualisieren. Unter der Annahme, dass die Partikel den Stromlinien des Flusses treu folgen, können wir den Fluss nicht nur visualisieren, sondern auch ihre Geschwindigkeit anhand der messen Partikelbildvelokimetrie oder Partikelverfolgungsvelokimetrie Methoden. Partikel mit Dichten, die dem des Fluidflusss entsprechen, zeigen die genaueste Visualisierung.[1]
  • Optische Methoden: Einige Strömungen zeigen ihre Muster durch Veränderungen in ihrer optischen Brechungsindex. Diese werden durch optische Methoden visualisiert, die als die bekannt sind Schattenbild, Schlieren Fotografie, und Interferometrie. Dyes können (normalerweise flüssige) Flüsse hinzugefügt werden, um Konzentrationen zu messen. in der Regel die Lichtdämpfung einsetzen oder Laser-induzierte Fluoreszenz Techniken.

Im Wissenschaftliche Visualisierung Die Strömungen werden mit zwei Hauptmethoden visualisiert:

  • Analytische Methoden, die einen bestimmten Fluss analysieren und Eigenschaften wie zeigen Stromlinien, Streaklines und Pfadlinien. Der Fluss kann entweder in einer endlichen Darstellung oder als reibungslose Funktion angegeben werden.
  • Textur Advektion Methoden, die Texturen (oder Bilder) gemäß dem Fluss "biegen". Da das Bild immer endlich ist (der Durchfluss kann als sanfte Funktion angegeben werden), visualisieren diese Methoden die Approximationen des realen Flusses.

Anwendung

Im Computerflüssigkeitsdynamik Die numerische Lösung der Regierungsgleichungen kann alle Flüssigkeitseigenschaften in Raum und Zeit liefern. Diese überwältigende Menge an Informationen muss in einer sinnvollen Form angezeigt werden. Daher ist die Durchflussvisualisierung bei der experimentellen Flüssigkeitsdynamik gleichermaßen wichtig.

Siehe auch

Verweise

  • Merzkirch, W. (1987). Flussvisualisierung. New York: Akademische Presse. ISBN 0-12-491351-2.
  • Van Dyke, M. (1982). Ein Album Flüssigkeitsbewegung. Stanford, CA: Parabolische Presse. ISBN 0-915760-03-7.
  • Samimy, M.; Breuer, K. S.; Leal, L. G.; Steen, P. H. (2004). Eine Galerie mit fließender Bewegung. Cambridge University Press. ISBN 0-521-82773-6.
  • Settles, G. S. (2001). Schlieren- und ShadowGraph -Techniken: Visualisierung von Phänomenen in transparenten Medien. Berlin: Springer-Verlag. ISBN 3-540-66155-7.
  • Smits, A. J.; Lim, T. T. (2000). Flussvisualisierung: Techniken und Beispiele. Imperial College Press. ISBN 1-86094-193-1.

Externe Links