Bu çalışmayı diğer çalışmalardan farklı kılan, deneysel video görüntülerinin görüntü işleme yazılımı kullanılarak analiz edilerek türbülanslı hareketin anlaşılmasına vurgu yapılmasıdır. Görüntü işleme sistemi ile elde edilen deneysel sonuçlar diğer bir deneysel yöntem olan ultrasonik uzaklık ölçer sensörler ile doğrulanmıştır. Bu tezde dikdörtgen bir tanktaki çalkantı hareketinin deneysel ve sayısal bir çalışması yapılmıştır.
In the thesis research, understanding the sloshing motion has prioritized determining the free changes in the surface depth of the fluid exposed to sloshing effects.
GİRİŞ
Türbülanslı hareketin yarattığı akışkan etkisini matematiksel olarak ele almak için kullanılabilecek en kapsamlı denklem, üç boyutlu süreklilik ve momentum denklemlerini içeren Navier-Stokes denklemleridir. Günümüzde teknolojinin ilerlemesiyle birlikte hidrolik problemlerin çözümünde 3 boyutlu Reynolds Ortalamalı Navier-Stokes (RANS) denklemlerine dayanan ticari hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) yazılımları yaygın olarak kullanılmaktadır. Yukarıdaki denklemlerin karmaşık doğası, serbest yüzey ve büyük ölçekli gerçek arazi problemlerini çözerken bazı varsayımların yapılmasını gerektirir ve Navier-Stokes (RANS) denklemlerinin sığ su denklemlerine veya Saint-Venant denklemlerine dönüştürülmesini gerektirir.
Bu yöntemlerle elde edilen derinlik-zaman grafikleri, Reynolds ortalamalı Navier-Stokes denklemlerinin sonlu hacimler yöntemi kullanılarak sayısal çözümüne dayanan sayısal analiz yöntemiyle de karşılaştırılarak, bu yöntemler arasındaki uyumluluk kontrol edildi.
ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Bağcı (2007); Yüksek lisans tezinde kısmen doldurulmuş silindirik tanktaki sıvının harmonik hareketinin neden olduğu türbülansın basınç etkisini araştırdı. Ubertini, Ubertini (2017); Kontrollü akışkan damperlerinde akışkanın çalkalanma etkisini araştırmak için deneysel ve sayısal çalışmalar yapılmıştır. Grotle, Bihs, Vilmar (2017); dikdörtgen bir tankta sığ sıvı derinliklerinin yarattığı çalkantı etkisini deneysel ve sayısal yöntemler kullanarak araştırmıştır.
Sanapala, Rajkumar, Velusamy, Patnaik (2018); Çalışmalarında kısmen doldurulmuş dikdörtgen bir tanktaki yatay plakaların türbülanslı harekete etkisini sayısal olarak araştırmışlardır.
MATERYAL ve YÖNTEM
- Deney Düzeneği
- Ölçüm Teknikleri
- Ultrasonik sensörler
- Görüntü işleme
- Kalibrasyonlar
- Yatay kalibrasyon
- Metrik kalibrasyon
- Açısal kalibrasyon
- Perspektif kalibrasyon
- Bir Noktaya Ait Su Derinliğinin Zamana Bağlı Değişiminin Görüntü
- Teori
- FLOW-3D yazılımı
- Tank Hareketi ve Çalkantının Doğal Frekansı
Sensörlerden elde edilen değerler veri toplama cihazı yardımıyla bilgisayara aktarılarak sensörlerin bulunduğu noktalardaki su seviyesi derinliğinin değişimi grafiksel olarak elde edildi. Görüntü işleme, video kamera, kamera, tarayıcı gibi cihazlarla alınan dijital görüntülerin bilgisayar yazılımları ile işlenerek analiz edilmesidir. Görüntü işleme, görüntü yakalama ve analizini gerçekleştirmek için kullanılan yazılım ve donanım birimlerinin birleşimi olarak da tanımlanabilir (Kocaman, 2007).
Görüntü işleme yöntemiyle yapılan deneysel çalışmanın sonuçlarını araştırmak amacıyla deneyler, hemen hemen aynı teknik özelliklere sahip iki ayrı iPhone 6s ve iPhone 8 plus akıllı telefon kamerasıyla kaydedildi. Bulunduğu engebeli bölgedeki su seviyesindeki ani değişiklikler nedeniyle ek dinamik etkiler yaratan türbülans etkisinin görüntü işleme yöntemiyle araştırılması için yüksek çözünürlüklü ve hızlı kayıt yapabilen endüstriyel kameralara ihtiyaç duyulmaktadır. Saniyede 120 kare hızında çekilen bir video kaydının görüntü işleme yöntemiyle analizinde çok sayıda görüntünün işlenmesi gerekeceğinden standart özelliklere sahip ekran kartına sahip bir bilgisayar için bu durumun zorlayıcı olduğu unutulmamalıdır.
Çalışmada elde edilen görüntünün görüntü işleme yöntemi kullanılarak analizinde “Image pro plus” ve Imagej yazılımları kullanılmıştır. Son yıllarda görüntü işleme tekniklerinin çeşitli hidrolik problemlerin çözümünde bir ölçüm aracı olarak etkin bir şekilde kullanıldığı gösterilmiştir (Özmen-Çağatay, Kocaman ve Güzel, 2014; Kocaman ve Özmen-Çağatay, 2015; Dal, 2017). Kameradan elde edilen görüntünün görüntü işleme yöntemiyle ölçülmeye uygunluğu, görüntünün yüksek çözünürlüğüne ve ayırt edici renk değerlerinin yanı sıra sistematik hatalar açısından uygunluğuna da bağlıdır.
Rezervuardaki sıvının serbest yüzeyinin derinliğinin zamanla değişimi video kameralardan elde edilen görüntülerden de tespit edilebilmektedir (Kocaman, 2007). Sarsma tablasındaki draftın ve tankın yataylığı, serbest su yüzeyi ve tank boyutları, cer düzleminin yeterliliği dikkate alınarak bilgisayar ortamında kontrol edildi. Geniş açılı mercek kullanılarak elde edilen görüntülerde metrik kalibrasyon gerçekleştirmek için bu eğimin kaldırılması ve görüntünün düz hale getirilmesi gerekir.
Bunun nedeni ise teknolojinin gelişmesiyle birlikte kameralarda kullanılan merceklerden elde edilen görüntülerde eğrilik kalmaması, doğrusal bir görüntü elde etmemizdir.
ARAŞTIRMA BULGULARI ve TARTIŞMA
Cihaz Frekansının Kalibrasyonu
- Cihaz frekansının kalibrasyonun sensör-1 ile gerçekleştirilmesi
- Cihaz frekansının kalibrasyonun hareketli kamera ile gerçekleştirilmesi . 36
Sıvı tankına uygulanan frekans değerlerinin doğal frekans değerlerine yakın seçilmesindeki amaç, rezonans durumunda türbülansın etkisini görmek, diğer bir deyişle tankta meydana gelen en büyük yer değiştirme değerlerini araştırmaktır. su yüzeyi. Cihazın tanka uyguladığı frekans değeri, Sensör1 ve hareketli kamera sayesinde tankın boş ve dolu olduğu durumlarda frekansın gerçekte kaç hertz'e karşılık geldiğine karşılık gelir. Çalışmanın bu bölümünde deprem simülatörünün sıvı tankını etkileme frekansı, Sensör1'den elde edilen yer değiştirme-zaman grafiği kullanılarak deprem simülatörü tarafından hesaplanmaktadır.
Sonuçlar, cihazın frekans değerinin 28'e bölünmesiyle sıvı tankına etki eden frekansın kaç hertz olacağının belirleneceğini gösterdi. Aynı koşullar altında Sensör 1 verilerini kullanarak farklı cihaz frekansları için boş tankın karşılaştırılması (Cihaz frekansları sırasıyla 15,20,25). Aynı koşullar altında Sensör 1 verilerini kullanarak farklı cihaz frekansları için boş tankın karşılaştırılması (sırasıyla 30,35,40 cihaz frekansları için).
Test tankındaki suyun varlığı ve yokluğu için cihazın etki ettiği frekansın aynı olması durumunda tankın aynı yer değiştirme zaman grafiğini gösterip göstermeyeceğini anlamak amacıyla deney boş tank ve durum için tekrarlanmıştır. 8 cm suyun olduğu ve birimin frekansının 29,4 olduğu yer. Bu bölümde, görüntü işleme yöntemiyle hareketli kameradan elde edilen video görüntüleri üzerinden cihazın frekans kalibrasyonu yapılmaktadır. Birim frekansın kalibrasyonunda görüntü işleme yönteminin kullanılması, akımı bozmadan temassız bir ölçüm yöntemi olması açısından oldukça önemlidir.
Görüntü işleme yönteminde kullanılan görüntüler, video kameralar tarafından çekilen ve 1080p (1920x1080 piksel) çözünürlükte ve saniyede 120 kare hızında kaydedilen görüntülerdir. Boş tankın aynı koşullar altında farklı cihaz frekansları için hareketli kamera görüntüleri (sırasıyla cihaz frekansları 25,30,35) ile karşılaştırılması.
Hareketli Kamera, Sabit Kamera ve Sensör1 ile Elde Edilen
Bunlara ek olarak hareketli kamera, sabit kamera ve sensör1 gibi farklı ölçüm yöntemlerinin birbirleriyle aynı sonuçları verdiğini anlamak kolaydır.
Görüntü İşleme ve Ultrasonik Sensör Kullanarak Su
Bu bilgiler ışığında, doluluğu 2 cm'den az olan ve frekansı 0,55 olan test tankındaki su yüzeyindeki ani değişiklikler ve eğrilikler nedeniyle sensörün yeniden ilettiği dalgayı alamadığı gözlemlendi. Özellikle Şekil 4.13'te hertz ve bu zamanlarda değer okunamamıştır. Ayrıca sensör ve görüntü işleme sonuçlarının birbiriyle oldukça uyumlu olduğu sonucuna varılabilir.
Su Seviyelerinin Görüntü İşleme ve Nümerik Sonuçlarla Karşılaştırılması
Grafikler ayrıntılı olarak incelendikten sonra türbülansın etkisi altında akışkan derinliğinin zaman içindeki değişiminin deneysel ve sayısal sonuçları karşılaştırıldığında deneysel ve sayısal sonuçların iyi bir uyum içinde olduğu söylenebilir. Ayrıca derinlik değişimlerinin maksimum değerlerine ulaşma zamanının deneysel ve sayısal sonuçlarda aynı anlara denk gelmesi sonuçların kabul edilebilirliğini kanıtlamaktadır.
Tank Hareketi ve Su Seviyesi Değişiminin İrdelenmesi
Grafikler çizilirken test tankının yer değiştirme-zaman grafiğini su yüzeyindeki değişimle karşılaştırmak için düşünülen derinliklerde test tankının hareketi başlatıldı. Tez çalışması kapsamında gerçekleştirilen deneysel analizler, görüntü işleme ve ultrason sensörlerinden elde edilen verilerle yapılmıştır. Tez çalışmasında türbülans probleminin deneysel incelenmesinde görüntü işleme sistemini kullanmak için hemen hemen aynı işlevlere sahip iki farklı akıllı telefon kamerası kullanılmıştır.
Akıllı telefon aracılığıyla elde edilen görüntülerin görüntü işleme sistemi, ultrasonik uzaklık ölçer sensörü ve sayısal sonuçlarla analiz edilmesiyle elde edilen sonuçların bu ve benzeri türbülanslı davranışların gözlemlenmesini kolaylaştıracağı düşünülmektedir. Ultrasonik uzaklık ölçer ve görüntü işleme sistemi ile deneysel çalışmalar yapılırken dikkat edilmesi gereken konulardan biri de ölçümlerin yapıldığı yerlerin konumudur. Görüntüleme sistemi ile yapılan analizde kameralar tarafından çekilen video görüntüleri test tankının yan tarafından alınmıştır.
Görüntü işleme sisteminin sağlıklı bir şekilde çalıştırılabilmesi için dikkate alınması gereken iki temel durum vardır. Kameranın suyun serbest yüzeyinin biraz üstüne yerleştirilmesi görüntü işleme sisteminin düzgün çalışmasını engelleyecektir. Tüm bu sorunlar, hem ultrasonik uzaklık ölçer sensörü hem de görüntü işleme konusunda deneysel çalışmaların sonuçlarının yanlış olmasına neden olacaktır.
Ayrıca görüntüleme yöntemiyle ölçüm yapabilmek için dikkat edilmesi gereken noktalardan biri de gerçek uzunluğu bilinen bir referans nesnenin test tankına yerleştirilmesidir. Görüntüleme sistemi ile analizin doğru yapılabilmesi için ortam ışığının yetersiz olduğu durumlarda iyi bir aydınlatma sisteminin kurulması gerekmektedir.
Tank İçerisindeki Çalkantı Hareketine Ait Basınç Değerlerinin
SONUÇ VE ÖNERİLER
Sonuçlar
Görüntü işleme analizi yapılırken kameraların farklı konumlandırılmasının temel amacı bu durumun sonuçlara etkisini yorumlamaktır. Video çekiminin saniyede 120 kare hızında çekilmesinin ana nedeni, türbülanslı hareketin her ayrıntısının daha iyi yakalanmasıdır. Görüntü işleme analizi sonrasında elde edilen sonuçlar, mesafeyi ölçen ultrasonik sensörlerin ve teknolojinin ilerlemesiyle birlikte gelişmeye devam eden sayısal yöntemin türbülans sorunlarına doğru veya yakın sonuçlarının görülmesini sağlamıştır.
İki kamera deneyinin izlenmesinin bir diğer amacı da tanktaki sıvının serbest yüzeyindeki zaman-derinlik değişimini tespit etmek, ayrıca cihaz tarafından test tankına verilen frekans değerlerini doğrulamak ve kalibrasyonunu yapmaktır. cihazı bu şekilde sağlıklı hale getiriyoruz. Tez çalışmasında ele alınan iki noktanın derinlik-zaman grafikleri, görüntü işleme yönteminin yanı sıra diğer bir deneysel ölçüm yöntemi olan ultrasonik ölçüm sensörleri kullanılarak yapılmış ve iki yöntemin birbirine çok yakın sonuçlar verdiği görülmüştür. . diğerleri. Tüm bu bilgiler ışığında ultrasonik sensörün ve görüntü işleme sisteminin okuma ve okuma yapmamasına rağmen test tankı içerisindeki sıvının derin zamanda grafiklerini çıkarmada oldukça stabil sonuçlar verdiğini söylemek yanlış olmaz. belirli zamanlarda yanlış.
Türbülanslı hareketin doğrusal olmayan doğası ve kaotik yapısı nedeniyle sayısal analiz, deneysel çalışmalara göre daha az gerçekçidir. Tez ayrıca iki farklı deneysel ölçüm yöntemiyle elde edilen verilerin sayısal yöntemle elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmasını da içermektedir. Bu karşılaştırmanın en önemli amacı, ele alınan sayısal yöntemin türbülanslı hareketin gözlemlenmesi için yeterli olup olmadığının belirlenmesidir.
Tez çalışmasında incelenen durumlara ilişkin sayısal verilerin deneysel verilerle tam olarak uyumlu olduğu, ayrıca ele alınan problem için türbülans hareketinin gözlemlenmesinde sayısal çalışmanın da iyi sonuçlar verdiği anlaşılmaktadır. Aksi halde yazılım su-hava arayüzünü doğru tespit edemeyecek ve hatalı sonuçlar alacaktır.
Öneriler
Bu araştırmanın önemli bir parçası olan aydınlatma, görüntü işleme sisteminin önemli bir parçası olup, görüntü kalitesini ve dolayısıyla sağlıklı sonuçları garanti edecektir. Silindirik tanklarda akışkan türbülansından kaynaklanan basınç değişimlerinin araştırılması, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul. Gerçekçi gemi hareketinin neden olduğu şiddetli LNG çalkalanmasının seviye belirleme yöntemi kullanılarak sayısal olarak incelenmesi.
Eğimli Bir Kanalda Sıralı Baraj Yıkılmalarının Deneysel ve Sayısal Olarak İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, İskenderun Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Hatay. 2 boyutlu görünmez σ-dönüştürülmüş sonlu fark çözücü kullanılarak sabit ve dikey olarak uyarılan kaplardaki sarkaç hareketlerinin simülasyonu. Dikdörtgen Şeklinde Yükseltilmiş Bir Su Deposundaki Su Türbülansının Yapının Davranışına Etkisi, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
Sloshing waves and resonance modes of liquids in a 3D tank according to a time-independent finite difference method.
