Investigation of Flow Structures by Three Dimensional Background Oriented Schlieren Method and Validation with Particle Image Velocimetry

Year 2017, Volume: 58 Issue: 687, 29 - 40, 04.08.2017

Özgün Özer Dilek Kumlutaş , Utku Alp Yücekaya

Abstract

The background-oriented schlieren method is a current developing method of flow analysis that allows the flow
to be viewed using the refractive index effect of the density differences contained in the fluid. The weak point of
the BOS method is that only two-dimensional flow structures can be viewed and three-dimensional flow structures
can not be investigated.
In the this study, a three-dimensional version of the background-oriented schlieren method was developed and the
basic principles of the method are presented. The application guidelines of the developed method are shown on
the hot rectangular jet stream. Furthermore, the volumetric flow structure obtained from the “Three Dimensional
Background-Oriented Schlieren” method is compared with the three component volumetric average flow structure
obtained by the Particle Image Velocimetry (PIV) method which is accepted in the literature for investigating
whole flow fields. The results were found to be coherent.
As a result of the study, the “Three Dimensional Background-Oriented Schlieren” method is presented as an
efficient and economical method that can be used to study density difference flow.

Keywords

Schlieren method, background-oriented schlieren method, particle image velocimetry

Üç Boyutlu Arka Plan Konumlandırılmış Yoğunluk Farkı (Schlieren) Yöntemi ile Akış Yapılarının İncelenmesi ve Parçacık Görüntülemeli Hız Ölçümü ile Doğrulanması

Abstract

Arka plan konumlandırılmış yoğunluk farkı yöntemi, akışkanın içerdiği yoğunluk farklarının kırılma indisine
etkisinden faydalanarak akışın görüntülenmesini sağlayan ve güncel olarak gelişmekte olan bir akış inceleme
yöntemidir. Bu yöntemin zayıf noktası, sadece iki boyutlu akış yapılarının görüntülenmesi ve üç boyutlu akış
yapılarının incelenememesidir.
Bu çalışmada, arka plan konumlandırılmış yoğunluk farkı yöntemi, üç boyutlu olarak geliştirilmiş ve yöntemin temel prensipleri sunulmuştur. Geliştirilen yöntemin uygulama esasları sıcak jet akış üzerinde gösterilmiştir. Ayrıca,
“Üç Boyutlu Arka Plan Konumlandırılmış Yoğunluk Farkı” yönteminden elde edilen hacimsel akış yapısı, literatürde akış alanlarının bütünsel incelemesinde kabul gören parçacık görüntülemeli hız ölçümü (PGHÖ) yöntemiyle
elde edilen üç bileşenli hacimsel ortalama akış yapısı karşılaştırılmıştır. Sonuçların uyumlu olduğu görülmüştür.
Yapılan çalışmanın sonucunda, “Üç Boyutlu Arka Plan Konumlandırılmış Yoğunluk Farkı” yöntemi, yoğunluk
farkı içeren akışların incelenmesinde kullanılabilecek etkili ve ekonomik bir yöntem olarak sunulmuştur

Keywords

Schlieren yöntemi, arka plan konumlandırılmış yoğunluk farkı yöntemi, parçacık görüntülemeli hız ölçümü

References

• 1. Venkatakrishnan, L., Meier, G. E. A. 2004. “Density Measurements Using the Background Oriented Schlieren Technique,” Experiments in Fluids, vol. 37 (2), p. 237–247.
• 2. Meier, G. E. A. 1999. Hintergrund Schlierenmeßverfahren, Deutsche Patentanmeldung, DE 199 42 856, German.
• 3. Richard, H., Raffel, M., Rein, M., Kompenhans, J., Meier, G. E. A. 2000. “Demonstration of the Applicability of a Background Oriented Schlieren (BOS) Method,” Proc. 10th Int. Symp. on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics,10-13.07.2000, Lisbon.
• 4. Dalziel, S. B., Hughes, G. O., Sutherland, B. R. 2000. “Whole-Field Density Measurements by Synthetic Schlieren,” Experiments in Fluids, vol. 28 (4), p. 322–335.
• 5. Özer, Ö., Kumlutaş, D. 2014. “Arka Plan Konumlandırılmış Yoğunluk Farkı (Schlieren) Yöntemi ile Doğal Taşınım Akışlarının İncelenmesi,” 2. Ulusal İklimlendirme Soğutma Eğitimi Sempozyumu ve Sergisi, IKSES-14, 23-25 Ekim 2014, Bildiriler Kitabı, Balıkesir, s. 574-581.
• 6. Nicolas, F., Todoroff, V., Plyer, A., Le Besnerais, G., Donjat, D., Micheli, F., Le Sant, Y. 2016. “A Direct Approach for Instantaneous 3D Density Field Reconstruction from Background Oriented Schlieren (BOS) Measurements,” Experiments in Fluids, vol. 57(1), p. 1–21.
• 7. Karadeniz, Z. H., Kumlutaş, D., Özer, Ö. 2013. “Experimental Visualization of The Flow Characteristics of The Outflow of a Split Air Conditioner Indoor Unit by Meshed Infrared Thermography and Stereo Particle Image Velocimetry,” Experimental Thermal and Fluid Science, vol. 44, p. 334–344.