Análise da qualidade de medidas F-PIV 2D-2C e 2D-3C da velocidade da fase líquida em uma coluna de bolhas

Orientadores: Sávio Souza Venâncio Vianna, Guilherme José de CastilhoTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: A análise da fluidodinâmica em reatores de coluna de bolha é importante na compreensão dos mecanismos relacionados à transferência de calor, transferência de massa e taxa de reação química. A precisão das medições experimentais depende diretamente do domínio de medição. A Velocimetria por imagem de partículas (PIV) é uma técnica não intrusiva utilizada para determinar o campo de velocidade 2D ou 3D. Um campo 2D-3C (bidimensional, três componentes) pode ser determinado por duas câmaras com projeções diferentes numa disposição estereoscópica (PIV 2D-3C). A perda de correlação devido ao movimento fora do plano de pares de imagens de partículas, que é comum em aplicações PIV, pode ser reduzida usando o sistema PIV 2D-3C. Um problema encontrado nas aplicações 2D-3C PIV está relacionado com o acesso óptico em algumas instalações. Para determinar a velocidade da fase líquida, não é interessante registrar as bolhas no escoamento multifásico. Por conseguinte, as partículas traçadoras fluorescentes combinadas com um filtro passa-alta na câmara são utilizadas nos sistemas Fluorescent PIV (F-PIV). Este trabalho tem como objetivo avaliar a qualidade das medidas 2D-2C e 2D-3C F-PIV da velocidade da fase líquida no regime de escoamento homogêneo e de transição homogêneo-heterogêneo de uma seção de coluna de bolha. As imagens 2D-2C e 2D-3C F-PIV foram processadas utilizando standard cross-correlation (SCC), ensemble correlation (EC) e sliding-average correlation (SAC) para comparar a qualidade das medições. O coeficiente de correlação cruzada, a relação sinal-ruído (SNR) e a quantificação de incerteza PIV estimada por estatísticas de correlação foram utilizados como indicadores de qualidade. A baixa concentração de imagem de partícula (baixa ppp) e a baixa faixa dinâmica de velocidade (baixa DVR) foram identificadas como fontes de ruído dominante nas medidas PIV. O efeito do baixo ppp foi relacionado diretamente com o comportamento dos indicadores de qualidade baseados na conectividade de vizinhança espacial, erro de reconstrução 3C e no diâmetro do pico de correlação. Quanto às condições de qualidade da abordagem SCC, foram obtidos cinco limites que garantem que os outliers (falsos vetores) podem ser corrigidos sem que o campo vetorial perca a representatividade do escoamento. No regime de escoamento homogêneo, os ruídos randômicos causados pela baixa ppp foram consideravelmente reduzidos utilizando a abordagem SACAbstract: The fluid dynamics analysis in bubble column reactors is important in understanding the mechanisms related to heat transfer, mass transfer and chemical reaction rate. The accuracy of the experimental measurements depends directly on the measurement domain. Particle image velocimetry (PIV) is a non-intrusive technique used to determine the 2D or 3D velocity field. A 2D-3C (two dimensional, three-component) field can be determined by two cameras with different projections in a stereoscopic arrangement (2D-3C PIV). The loss of correlation due to the out-of-plane motion of pairs of particle images, which is common in PIV applications, can be reduced using the 2D-3C PIV system. A problem encountered in 2D-3C PIV applications is related to optical access in some facilities. In order to determine the liquid phase velocity, it is not interesting to record bubbles in the multiphase flow. Therefore, fluorescent tracer particles combined with a high-pass filter on the camera are used in the Fluorescent PIV (F-PIV) systems. This work aims to evaluate the quality of the 2D-2C and 2D-3C F-PIV measurements of the liquid phase velocity in the homogeneous and homogeneous-heterogeneous transition flow regime of a bubble column. The 2D-2C and 2D-3C F-PIV images were processed using standard cross-correlation (SCC), ensemble correlation (EC), and sliding-average correlation (SAC) to compare the measurements quality. The cross-correlation coefficient, signal-to-noise ratio (SNR) and PIV uncertainty estimated by correlation statistics were used as quality indicators. The low particle image concentration (low ppp) and low dynamic velocity range (low DVR) were identified as dominant noise sources in the PIV measurements. The effect of the low ppp was directly related to the behavior of the quality indicators based on the spatial neighborhood connectivity, 3C reconstruction error, and correlation peak diameter. Regarding the quality conditions for SCC approach, five limits were obtained that guarantee that the outliers can be corrected without the vector field losing the representativeness of the flow. In the homogeneous flow regime, the random noise caused by low ppp was considerably reduced using the SAC approachDoutoradoEngenharia QuímicaDoutor em Engenharia Química2296/2013CAPE

Perceptual Distortions

This research project attempts to quantify the subjective quality of color vision that artists like Josef Albers have explored through their art. It is widely understood by artists and scientists that the appearance of a surface color is affected by its context. However, there are many questions yet to be answered about the specific spatial relationships between colors. This experiment uses an achromatic adjustment task to compare the context effect of colors inside and outside of a grid containing a test square. The results show that the color inside the grid has a greater affect on the appearance of the test square than the color outside the grid. This result was found across observers without exception. The idea that colors affect each other more when placed closer together may seem intuitive, but our results serve to confirm this assumption and to set the groundwork for further studies to develop a general theory of color interaction