Visualization and Image Processing for Measurement of Propagational Velocity of Shear Front

유동장의 이동속도측정을 위한 가시화 및 영상처리 방안

The circulation flows passing through the Ekman boundary layer on the rotating disk and transfer the angular momentum into the interior region of the container. Consequently, the circulation enhances the momentum transfer and the interior fluid is divided by a propagating shear front. This investigation focuses on computer vision and image processing technique for analysis of Non-Newtonian Fluids. To visualize marching velocity shear front for the transient flow, a particular shaped particles and light are used. To validate the proposed method, quantitative image are compared with the optical data acquired by a direct measurement of LDV (Laser Doppler Velocimetry).

점성 유체를 담고 쳐는 실린더가 회전운동을 시작하면 회전 원판의 원심력과 에크만 펌핑 효과에 의해 실린더 외벽의 각운동량이 유체에 전달되는 과정에서 자오면상의 유동이 생기게 되고, 이 때 유체의 특성에 따라 유동장의 운동량 획득 특성이 다르게 나타나게 된다. 본 연구에서는 뉴턴 유체와 비-뉴턴 유체의 유동장 획득에 대한 정보를 가시화 영상에서 검출하고 이를 기반으로 유체의 특성을 분석하는 방법을 제안한다. 영상으로부터 운동량이 가장 크게 변화하는 전단면(shear front)의 위치를 알아내기 위해서, 유체의 운동량이 영상에서의 밝기정보로 나타나도록 실험환경을 구성한다. 입력 영상으로부터 유체의 운동량과 흐름을 가시화 할 수 있도록 가시화 매개 물질을 사용하여 영상을 획득하고, 영상에서 에크만 경계층의 전단면을 찾아내어 이동거리를 계산함으로써 유체의 특성을 분석하는 방안을 제시한다. 또한 유동장에 대해, LDV(Laser Doppler Velocimetry)로 측정한 값과 영상으로부터 얻은 값을 비교함으로써 제안된 방법에 대한 정확성을 검증하고, 검증된 데이터를 기반으로 비-뉴턴 유체와 뉴턴 유체에 대한 특성을 분석한다.