تأثیر اعمال فیلترهای پس‌پردازش بر میدان سرعت جت آشفته اندازه‌گیری شده با فرکانس‌های نمونه‌برداری مختلف به‌وسیله سرعت‌سنج صوتی داپلر

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 گروه عمران آب/دانشکده عمران و محیط زیست/ دانشگاه امیرکبیر/تهران/ایران

2 استادیار دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی‌تکنیک تهران)

چکیده

سرعت‌سنج صوتی داپلر به‌عنوان یک ابزار اندازه‌گیری سرعت، در مطالعات هیدرولیک آزمایشگاهی و میدانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با توجه به اینکه پارامترهای آماری سرعت اندازه‌گیری شده به‌وسیله سرعت‌سنج صوتی داپلر ممکن است تحت تأثیر عوامل خطا ازجمله نویز و اسپایک قرار گیرند، بنابراین پس‌پردازش داده‌ها ضروری می‌باشد. در این پژوهش به‌منظور بررسی دقت دستگاه سرعت‌سنج صوتی داپلر، آزمایش‌هایی بر روی یک جت آشفته متقارن محوری منتشر شده در محیط ساکن، با عدد رینولدز 10000 انجام شد. مقادیر میدان سرعت به‌وسیله سرعت‌سنج وکترینو پلاس با فرکانس‌های نمونه‌برداری 25 و 200 هرتز در ناحیه خودمتشابه جت متقارن محوری اندازه-گیری شدند. به‌منظور اصلاح سرعت اندازه‌گیری شده، از روش‌های مختلف پس‌پردازش حذف نویز و اسپایک و ترکیب آنها استفاده شد. میزان تأثیر روش‌های مختلف حذف اسپایک و نویز بر داده‌های اندازه‌گیری شده سرعت (در فرکانس‌های مختلف نمونه‌برداری) در جت آشفته متقارن محوری در جهات محوری و شعاعی مورد بررسی قرار گرفت. به‌منظور بررسی میزان کارایی و دقت، نتایج با داده‌های اندازه‌گیری شده پژوهش‌های معتبر قبلی مقایسه شد. نتایج نشان داد استفاده از فرکانس بیشتر در اندازه‌گیری سرعت‌سنج صوتی داپلر، باعث افزایش نویز و در نتیجه افزایش واریانس سرعت می‌شود. اعمال روش‌های پس‌پردازش حذف نویز و اسپایک باعث بهبود کیفیت داده‌ها و همچنین تطابق واریانس سرعت اندازه‌گیری شده با فرکانس‌های نمونه‌برداری متفاوت شد. نهایتاً توصیه می‌شود در پژوهش‌هایی مانند اندازه‌گیری‌های میدانی یا نزدیک مرزهای جریان که داده‌های اندازه‌گیری شده از کیفیت کمتری برخوردار هستند از ترکیب فیلترها حذف نویز و اسپایک برای رسیدن به داده‌های با دقت بالاتر استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها


Cea, L., Puertas, J. and Pena, L. (2007). Velocity measurements on highly turbulent free surface flow using ADV. Experiments in Fluids, 42(3), 333–348.
Darisse, A., Lemay, J. and Benaïssa, A. (2015). Budgets of turbulent kinetic energy, Reynolds stresses, variance of temperature fluctuations and turbulent heat fluxes in a round jet. J. Fluid. Mech, 774, 95–142.
Doroudian, B., Bagherimiyab, F. and Lemmin, U. (2010). Improving the accuracy of four-receiver acoustic Doppler velocimeter (ADV) measurements in turbulent boundary layer. Limnology and Oceanography: Methods, 8(11), 575–591.
Garbini, J. (1982). Measurement of fluid turbulence based on pulsed ultrasound techniques. Part 1. Analysis. J. Fluid Mech., 118, 445–470.
Garbini, J.L., Forster, F.K. and Jorgensen, J. (1982). Measurement of fluid turbulence based on pulsed ultrasound techniques. Part 1. Analysis. Journal of Fluid Mechanics, 118, 445–470.
Goring, D.G. and Nikora, V.I. (2002). Despiking Acoustic Doppler Velocimeter Data, (January), 117–126.
Hejazi, K., Falconer, R.A. and Seifi, E. (2016). Denoising and despiking ADV velocity and salinity concentration data in turbulent stratified flows. Flow Measurment and Instrumentation, 52(August), 83–91.
Hurther, D. and Lemmin, U. (2001). A Correction Method for Turbulence Measurements with a 3D Acoustic Doppler Velocity Profiler. Jornal of Atmospheric and Oceanic Technology, (18), 446–458.
Hurther, D. and Lemmin, U. (2008). Improved Turbulence Profiling with Field-Adapted Acoustic Doppler Velocimeters Using a Bifrequency Doppler Noise Suppression Method. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 25, 452–464.
Hussein, J., Cap, S.P. and George, W.K. (1994). Velocity measurements in a high-Reynolds-number, momentum-conserving, axisymmetric, turbulent jet. Journal of Fluid Mechanic, 258, 31–75.
Khorsandi, B., Mydlarski, L. and Gaskin, S. (2012). Noise in Turbulence Measurements Using Acoustic Doppler Velocimetry. J. Hydraul. Eng, 138 (October), 829–838.
Khosronejad, A., Hansen, A.T., Kozarek, J.L., Guentzel, K., Hondzo, M., Guala, M., ... and Sotiropoulos, F. (2016). Large eddy simulation of turbulence and solute transport in a forested headwater stream. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 121(1), 146-167.
Lane, S., Biron, P., Bradbrook, K., Butler, J., Chandler, J., Crowell, M., … and Roy, A. (1998). Three-dimensional measurement of river Channel flow process using acoustic Doppler velocimetry. Earth Surface Processes and Landforms, 23, 1247–1267.
Lohrmann A, Cabrera R, Kraus, N.C. (1994). Acoustic-Doppler velocimeter (ADV) for laboratory use. Fundamentals and Advancements in Hydraulic Measurements and Experimentation, ASCE, 351–365.
Moeini, M., Khorsandi, B. and Mydlarski, L. (2020). Effect of Acoustic Doppler Velocimetry Sampling Frequency on Statistical Measurements of Turbulent Axisymmetric Jets. J. Fluids Eng, 146(7), 1–17.
Nikora, B.V.I. and Goring, D.G. (1998). ADV measurements of turbulence: Can we improve their interpretation? J. Hydraul. Eng, 124, 630–634.
Panchapakesan, N. and Lumley, J.L. (1993). Turbulence measurements in axisymmetric jets of air and helium. Part 1. Air jet. Journal of Fluid Mechanic, 246, 197–223.
Parsheh, M., Sotiropoulos, F. and Porté-agel, F. (2010). Estimation of Power Spectra of Acoustic-Doppler Velocimetry Data Contaminated with Intermittent Spikes. J. Hydraul. Eng, 136, 368–378.
Pope, S.B. (2000). Turbulent Flows. Cambridge University Press.
Safarzadeh, A., Salehi Neyshabouri, S.A.A. and Zarrati, A. R. (2016). Experimental investigation on 3D turbulent flow around straight and T-shaped groynes in a flat bed channel. Journal of Hydraulic Engineering, 142(8), p. 04016021.
Voulgaris, G. and Trowbridge, J. (1998). Evaluation of the Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) for Turbulence Measurements. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 15, 272–289.
Wahl, T. (2003). Discussion of “Despiking Acoustic Doppler Velocimeter Data” by Derek G. Goring and Vladimir I. Nikora. J. Hydraul. Eng, 128(1), 484–487.