Application of particle image velocimetry method for monitoring the volume changes during silo flow on the basis of X-radiographs

• Autorzy: Grudzień K. , Niedostatkiewicz M. , Babout L. , Adrien J.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie techniki PIV do analizy przepływu silosowego z użyciem radiografów promieni X

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Particle Image Velocimetry (PIV) technique, as an optical method of flow visualisation, is based on the numerical analysis of successive pairs of digital photographs (CCD camera). It is typically used to obtain the time dependent field of velocity distributions of flowing material. In case of silo flow PIV methods allows to analyse of the volumetric strain in sand during silo discharging process. Monitoring of granular materials volumetric strain in silos is crucial for construction site safety. Authors are presenting application of PIV method for analysis of a bulk solid deformation during silo emptying to images obtained using X-ray, continuous exposure based radiographs. Analysis of radiograph images enables to gather the additional information, comparing to classical input data for PIV-digital photographs, about the volume changes, especially in the core of flow and above the outlet. Results are presented as volumetric strain changes for selected time points of the silo emptying process.

PL

Anemometria obrazowa PIV (Particle Image Velocimetry), stosowana jak metoda wizualizacji przepływów oparta jest na numerycznej analizie kolejnych par obrazów cyfrowych pochodzących z kamery CCD. Zastosowanie tej techniki pozwala wyznaczyć rozkład prędkości przepływającego materiału. W przypadku zastosowania PIV do analizy przepływu silosowego możliwe jest wyznaczenie odkształceń objętościowych w materiale sypkim podczas rozładunku silosu. Monitorowanie zmian objętościowych w materiałach sypkich jest krytyczne dla bezpieczeństwa konstrukcji silosu. W artykule autorzy prezentują zastosowanie techniki PIV do analizy zmian objętościowych materiałów sypkich w trakcie opróżniania prostokątnego modelu silosu. Technika PIV zastosowana została do przetwarzania radiogramów pochodzących z systemu tomografii promieni X. Analiza radiogramów pozwala na zebranie dodatkowych informacji, w porównaniu z analizą zdjęć cyfrowych z kamery CCD, o zmianach objętościowych w rdzeniu przepływu i powyżej wylotu silosu. Wyniki przedstawiane zostały jako zmiany objętościowe dla wybranych chwil czasu opróżniania silosu.

Słowa kluczowe

EN

X-ray radiography; particle image velocimetry; silo flow

PL

radiograf promieni X; anemometria obrazowa PIV; przepływ silosowy

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Automatyka / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
• Rocznik: 2010
• Tom: T. 14, z. 3/2
• Strony: 695--710
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Grudzień K.

• Computer Engineering Department, Technical University of Lodz, Poland

autor

Niedostatkiewicz M.

• Faculty of Civil and Environmental Engineering, University of Lodz, Poland

autor

Babout L.

• Computer Engineering Department, Technical University of Lodz, Poland

autor

Adrien J.

• Universite de Lyon, MATEIS CNRS, Villeurbanne, France

Bibliografia

• [1] Blair-Fish P., Bransby P.L., Flow pattern and wali stresses in a mass-flow bunker. J. Eng. Ind. Trans. ASME, B 95, 1, 1973, 17-26.
• [2] Buffićre J.-Y., Cloetens R, Ludwig P., Maire E., Salvo L., In Situ X-Ray tomography studies of microstructural evolution combined with 3D modelling. MRS Bulletin, 33, 2008.
• [3] Fischer F., Hoppe D., Schleicher E., Mattausch G., Flaske H., Bartel R., Hampel U., An ultra fast electron beam x-ray tomography scanner. Meas. Sci. Technol., 19, 2008.
• [4] Grudzień K., Niedostatkiewicz M., Adrien J., Maire E., Sankowski D., Quantitatively description of the bulk solid concentration changes based on X-ray continuous radiation. Proc. of the 6th World Congress on lndustrial Process Tomography, China, 2010 (accepted).
• [5] Grudzień K., Niedostatkiewicz M., Adrien J., Tejchman, J., Sankowski D., Quantitative estima-tion of volume changes of granular materials during silo flow using X-ray tomography. Chemical Engineering and Processing, 2010 (under opinion).
• [6] Leśniewska D., Muir Wood D., Observations of stresses and strains in a granular material. Journal of Engineering Mechanics, 2009 (in print).
• [7] Liu S., Xiang X., Luo Q., Theoretical analysis and numerical simulation of turbulent flow around sand waves and sand bars. Journal of Hydrodynamics, B21, 2, 122, 2009, 292-298.
• [8] Mathieu J., Scott J., An introduction to turbulent flow. Cambridge University Press, 2000.
• [9] Michalowski R.L., Flow of granular material through a plane Hopper. Powder Technology, 39, 1984, 29-40.
• [10] Niedostatkiewicz M., Grudzień K., Sankowski D., Measurement of volume changes in the silo on t/w basis of the X-ray radiographs using PIV teehniąue. Proc. of the 6th World Congress on Industrial Process Tomography (WCIPT-6), Pekin, 2010 (under opinion).
• [11] Niedostatkiewicz M., Leśniewska D., Tejchman J., Experimental analysis of shear zone patterns in sand for earth pressure problems using Particle Image Velocimetry. Strain, 2010 (in print).
• [12] Niedostatkiewicz M., Application of x-ray teehniąue for monitoring deformation of granular materials. Internal Report. Gdańsk University of Technology, 2009.
• [13] Nubel K., Experimental and numerical investigation of shear localization in granular materials. Publication Series of the Institute of Soil and Rock Mechanics, University of Karlsruhe, 2002.
• [14] Ostendorf M., Schwedes J., Application of Particle Image Velocimetry for ye/ocity measurements during silo discharge. Powder Technology, 158, 2005, 69-75.
• [15J Rechenmacher A.L., Finno R.J., Digital image correlation to evaluate shear banding in dilative sands. Geotechnical Testing Journal, 27, 1, 2004, 13—22.
• [16] Scott D.M., McCann H., Process Imaging for automatic control. Taylor and Francis Group, 439, 2005.
• [17] Sideman S., Hijikata K., Imaging in Transport Processes. Begell House, 621, 1993.
• [18] Słomiński C, Niedostatkiewicz M., Tejchman J., Application of particle image velocimetry (PIV) for deformation measurement during granular silo flow. Powder Technology, 173, 1, 2007, 1-18.
• [19] Stahzevski S.B., Revushenko A.F., Localization in granular materials. Lecture at the Karlsruhe University, 1992.
• [20] Tejchman G., Gudehus G., Yerspannung, Scherfugenbildung und Selbsterregung bei der Siloen t/eerung. In Silobauwerke und ihre spezifischen Beanspruchungen (eds.: J. Eibl and G. Gudehus).Deutsche Forschungsgemeinschaft, Wiley-VCH, 2000, 245-284.
• [21] Vardulakis I., Graf B., Gudehus G., Trap-door problem with dry sand: a statical approaeh based upon model test kinematics. Int. J. Numer. Anal. Meth. Geomech., 5, 57-78, 1981.
• [22] White D.J., Randolph M., Thompson B., An image-based deformation measurement system for the geotechnical centrifugę. Int. J. Phys. Modell. Geotech., 3, 1-12, 2005.
• [23] White D.J., Take W.A., Bolton M.D., Soil deformation measurements using particle image velocimetry (PIV) and photogrammetry. Geotechnique, 53. 7, 2003, 619-631.
• [24] Yoon J.Y., Patel V.C, Numerical model of turbulent flow over sand dune. Journal of Hydraulic Engineering, 122, 1, 1996, 10-18.