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

Abstract

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.

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.