Лабораторные исследования процессов лесосплава с помощью MatPIV Текст научной статьи по специальности «Физика»

ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЛЕСОСПЛАВА С ПОМОЩЬЮ MATPIV

Вихарев А.Н. (САФУим. Ломоносова, г.Архангельск, РФ) Viharev A.N. (Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Arkhangelsk, Russia)

Рассмотрены особенности использования метода PIV при исследовании процессов лесосплава. Приведены примеры применения метода на моделях.

It is a discussion the features of the method PIV in the study of the processes Timber Rafting. There are Examples of application of the method to the models.

Ключевые слова: лесосплав, MatPIV, эксперименты

Keywords: timber rafting, MatPIV, experiments

При лабораторных исследованиях процессов водного транспорта леса часто необходимо определять скорости перемещения брёвен, пучков, плотов, судов, льдин, взвешенных частиц в потоке, перемещение технологической щепы в трубопроводах, сдвиг грунта перед опорами и т.д., которые можно определять различными способами.

Методы, основанные на компьютерном способе обработки изображений, получают широкое применение. Метод PIV (ParticlelmageVelocimetry - с англ. частица, изображение, измерение скорости) позволяет обрабатывать изображения полученные при помощи видео и фотосъемки.

Сущность метода заключается в следующем. Имеются два изображения, на одном из которых зафиксированы частицы. Каждое изображение разбивается на элементарные (расчетные) области размером dx х dy. Далее рассчитывается корреляционная функция. Максимум корреляционной функции соответствует наиболее вероятному сдвигу частиц в данной области. Для более точного определения координат максимума используется подпиксельная интерполяция корреляционной функции в окрестности ее максимума.

Скорость перемещение частиц в данной элементарной области можно определить, если известна временная задержка между изображениями. Подобная операция, произведенная для каждой элементарной области, позволяет рассчитать мгновенное поле скорости [2].

Программный модуль MatPIV, разработанный для программы MatLab, в университете г.Осло [3], позволяет получить поле скоростей при обработке двух изображений. Обрабатывая полученные результаты в MatLab, можно получить векторное поле скоростей.

Исследования процессов многофазного потока в трубопроводах при помощи MatPIV проводились в университете г. Ставангер (Норвегия) профессором Р.Тиме [4]. Авторам был изучен опыт обработки изображений при помощи MatPIV и использован при исследованиях процессов водного транспорта.

В бассейне лаборатории кафедры водного транспорта леса и гидравлики выполнен ряд экспериментов по моделированию различных процессов водного транспорта леса. Для снижения искажений при выполнении съемки камеру целесообразно устанавливать на штативе перпендикулярно плоскости съемки

совмещая оптическую ось объектива с центром снимаемого изображения. При съемке объектов находящихся в воде целесообразно фокус объектива устанавливать таким образом, чтобы обеспечить максимальную глубину резкости.

При расчете скорости перемещения точек необходимо предварительно отформатировать изображение, например 300 х 300 пикселей. Далее рассчитывается масштаб для пересчета перемещения точки из пикселей в линейный размер. Наиболее простым способом является помещение на снимаемый объект масштабной линейки. В этом случае довольно просто пересчитать количество пикселей в линейный размер. Зная линейное перемещение точки и время, рассчитывается действительная скорость перемещения точки.

В качестве одного из примеров на рис. 1 показана обработка перемещения модели бревен. На рис. 1а показано начальное положение моделей, а на рис.1б положение модели после перемещения. Наложение векторного поля скоростей на фотографию модели показано на рис.1.в.С помощью указанных программ можно также исследовать перемещение между отдельными объектами с учётом вращения.

Автором разработана компьютерная программа в Ма^аЬ, позволяющая определять для заданной скорости координаты точек, а также выделять интересующие фрагменты векторного поля и определять точки с заданной скоростью и их координаты.

Рисунок 1 - Перемещение моделей бревен

С помощью метода РГУ и Ма1:ЬаЬ можно определять формы призм выпирания, образующихся перед береговой опорой при ее сдвиге. На рис.2а показано векторное поле скоростей сдвига грунта, образующееся перед анкером. На рис.2б показано изображение грунтового массива с анкером на котором помещены линии скольжения, рассчитанные по компьютерной программе в Ма1ЪаЬ. Более подробно метод описан в [1].

а) б)

Рисунок 2 -Перемещение анкера в грунтовом массиве

Список использованных источников

1. Вихарев А.Н., Попов А.Л., Емельянов А.А., Рымашевский В.Л. Регистрация форм грунтовых призм, образующихся перед анкером при его сдвиге с помощью MATPIV// Наука - Северному региону: сборник материалов научно-технической конференции прфессорско-преподавательского состава, научных, инженерно-технических работников и аспирантов по итогам работ за 2010 год. - Архангельск, 2011.- С.87-91.

2. Руководство пользования программы «ActualFlow». - Новосибирск: Институт Теплофизики СО РАН, 2007. - 165 с.

3. Сайт университета г.Осло. - Режим доступа: http ://folk. uio. no/jks/ matpiv.

4. TimeRW. Two-Phase flow in pipelines with Matlab examples and problems. - Univer-sityof Stavanger, 2007. - 172 с.