Please use this identifier to cite or link to this item: http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/325792
Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Quality analysis of 2D-2C and 2D-3C F-PIV measurements of the liquid phase velocity in a bubble column = Análise da qualidade de medidas F-PIV 2D-2C e 2D-3C da velocidade da fase líquida em uma coluna de bolhas
Title Alternative: Análise da qualidade de medidas F-PIV 2D-2C e 2D-3C da velocidade da fase líquida em uma coluna de bolhas
Author: Amaral, Rodrigo de Lima, 1988-
Advisor: Vianna, Sávio Souza Venâncio, 1975-
Abstract: Resumo: A análise da fluidodinâmica em reatores de coluna de bolha é importante na compreensão dos mecanismos relacionados à transferência de calor, transferência de massa e taxa de reação química. A precisão das medições experimentais depende diretamente do domínio de medição. A Velocimetria por imagem de partículas (PIV) é uma técnica não intrusiva utilizada para determinar o campo de velocidade 2D ou 3D. Um campo 2D-3C (bidimensional, três componentes) pode ser determinado por duas câmaras com projeções diferentes numa disposição estereoscópica (PIV 2D-3C). A perda de correlação devido ao movimento fora do plano de pares de imagens de partículas, que é comum em aplicações PIV, pode ser reduzida usando o sistema PIV 2D-3C. Um problema encontrado nas aplicações 2D-3C PIV está relacionado com o acesso óptico em algumas instalações. Para determinar a velocidade da fase líquida, não é interessante registrar as bolhas no escoamento multifásico. Por conseguinte, as partículas traçadoras fluorescentes combinadas com um filtro passa-alta na câmara são utilizadas nos sistemas Fluorescent PIV (F-PIV). Este trabalho tem como objetivo avaliar a qualidade das medidas 2D-2C e 2D-3C F-PIV da velocidade da fase líquida no regime de escoamento homogêneo e de transição homogêneo-heterogêneo de uma seção de coluna de bolha. As imagens 2D-2C e 2D-3C F-PIV foram processadas utilizando standard cross-correlation (SCC), ensemble correlation (EC) e sliding-average correlation (SAC) para comparar a qualidade das medições. O coeficiente de correlação cruzada, a relação sinal-ruído (SNR) e a quantificação de incerteza PIV estimada por estatísticas de correlação foram utilizados como indicadores de qualidade. A baixa concentração de imagem de partícula (baixa ppp) e a baixa faixa dinâmica de velocidade (baixa DVR) foram identificadas como fontes de ruído dominante nas medidas PIV. O efeito do baixo ppp foi relacionado diretamente com o comportamento dos indicadores de qualidade baseados na conectividade de vizinhança espacial, erro de reconstrução 3C e no diâmetro do pico de correlação. Quanto às condições de qualidade da abordagem SCC, foram obtidos cinco limites que garantem que os outliers (falsos vetores) podem ser corrigidos sem que o campo vetorial perca a representatividade do escoamento. No regime de escoamento homogêneo, os ruídos randômicos causados pela baixa ppp foram consideravelmente reduzidos utilizando a abordagem SAC

Abstract: The fluid dynamics analysis in bubble column reactors is important in understanding the mechanisms related to heat transfer, mass transfer and chemical reaction rate. The accuracy of the experimental measurements depends directly on the measurement domain. Particle image velocimetry (PIV) is a non-intrusive technique used to determine the 2D or 3D velocity field. A 2D-3C (two dimensional, three-component) field can be determined by two cameras with different projections in a stereoscopic arrangement (2D-3C PIV). The loss of correlation due to the out-of-plane motion of pairs of particle images, which is common in PIV applications, can be reduced using the 2D-3C PIV system. A problem encountered in 2D-3C PIV applications is related to optical access in some facilities. In order to determine the liquid phase velocity, it is not interesting to record bubbles in the multiphase flow. Therefore, fluorescent tracer particles combined with a high-pass filter on the camera are used in the Fluorescent PIV (F-PIV) systems. This work aims to evaluate the quality of the 2D-2C and 2D-3C F-PIV measurements of the liquid phase velocity in the homogeneous and homogeneous-heterogeneous transition flow regime of a bubble column. The 2D-2C and 2D-3C F-PIV images were processed using standard cross-correlation (SCC), ensemble correlation (EC), and sliding-average correlation (SAC) to compare the measurements quality. The cross-correlation coefficient, signal-to-noise ratio (SNR) and PIV uncertainty estimated by correlation statistics were used as quality indicators. The low particle image concentration (low ppp) and low dynamic velocity range (low DVR) were identified as dominant noise sources in the PIV measurements. The effect of the low ppp was directly related to the behavior of the quality indicators based on the spatial neighborhood connectivity, 3C reconstruction error, and correlation peak diameter. Regarding the quality conditions for SCC approach, five limits were obtained that guarantee that the outliers can be corrected without the vector field losing the representativeness of the flow. In the homogeneous flow regime, the random noise caused by low ppp was considerably reduced using the SAC approach
Subject: Controle de qualidade
Escoamento multifásico
Velocidade
Dinâmica dos fluidos - Medição
Desenvolvimento experimental
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: AMARAL, Rodrigo de Lima. Quality analysis of 2D-2C and 2D-3C F-PIV measurements of the liquid phase velocity in a bubble column = Análise da qualidade de medidas F-PIV 2D-2C e 2D-3C da velocidade da fase líquida em uma coluna de bolhas. 2017. 1 recurso online (178 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/325792>. Acesso em: 2 set. 2018.
Date Issue: 2017
Appears in Collections:FEQ - Tese e Dissertação

Files in This Item:
File SizeFormat 
Amaral_RodrigoDeLima_D.pdf17.65 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.