Drie-dimensionale Laser-Doppler Snelheidsmetingen in de bochtgoot

I

I

I

I

I

-I

I

1

I

,J.!,~(

TU

Delft

Faculteit der Civiele Techniek Vakgroep Waterbouwkunde

I

I

I

Drie-dimensionale

Laser-Doppler Snelheidsmetingen

in de bochtgoot

J

.

Tukker

rapport no. 11-94

I

1995

I

I

I

Laboratorium voor Vloeistofmechanica

Faculteit Civiele Techniek

I

Drie-dimensionale Laser

_{Inhoudsopgave}

-Dopplu Snelheidsmetingeninde bochtgoot

I

1.Inleiding . . . . 1.1 Achtergrond 1.20oel 1.3 Inhoud

I

2. 3D-Laser-Doppler-snelheidsmetingen in de bochtgoot 2.1 Apparatuur 2.2 Meetopstelling 2.3 Uitlijning 2.4 Veiligheid 2.5 Meetprocedure 2.6 Meetprogramma 3. Conclusies en aanbevelingen 3.1 30-snelheidsmetingen 3.2 Stroming 3.3 Eerste resultaten 3.4 Aanbevelingen

I

Literatuur . . . .. . . . Referenties Handleidingen

I

Bijlage A. Werkprocedures _

A.l Het vullen van het glazen-prisma met zuurstof-arm water A.2 Traverseersysteem

A.3 Instelling 30-meetpunt

A.4 Handelingen tijdens 3D-LOA-metingen

Bijlage B. Instellingsnauwkeurigheden .

B.l Traverseersysteem

B.2 Beam-translator op de 1D-probe B.3 Uitlijning van de stralen

I

Inhoudsopgave 1 1 1 1

3

3

5

8

9

10

11 15 15 15 15 16 17 17 17 Al Al A2 A3 A4 . . . .. BI BI B2 B2

Bijlage C. Positie van het meetpunt van LDA-probe . . . .. Cl

Bijlage D. Optische LOA-parameters . 01

Bijlage E: Lijsten van meetseries El

Bijlage F: Temperatuur van de stroming tijdens de metingen . . . .. Fl

I

Drie-dimensionale Laser-D

_{1. Inleiding}

oppier Snelheidsmetingen in de bochtgoot 1. Inleiding

1.1 Achtergrond

I

In1993 is het laboratorium voor Vloeistofmechanica in het bezit gekomen van nieuwe Laser-Doppler-apparatuur, gebaseerd op de fringe-methode en de back-scatter-techniek: twee probes met aangesloten glasvezelkabels (of fibers) en verdere randapparatuur (DANTEC), drie Burst Spectrum Analyzers (model Enhanced) (DANTEC), een 4-Watt-Argon-Iaser (Coherent) en een traverseersysteem met vier bewegingsrichtingen (Galid Motion ControlI). Hiermee is het mogelijk drie snelheidscomponenten in één punt in een stroming tegelijkertijd te meten, zonder de stroming te verstoren. Uit deze snelheidsmetingen worden zowel de drie turbulente kinetische energietermen als de drie Reynolds-schuifspanningen berekend. Tevens is het mogelijk correlaties van hogere orde van deze drie snelheidscomponenten te bepalen, wat in 2D-metingen niet mogelijk is.

I

1.2

Doel

I

Om ervaring met deze nieuwe gecompliceerde apparatuur op te doen is een meetprogramma voor 3D-snelheidsmetingen in de bochtgoot van het laboratorium voor Vloeistofmechanica uitgevoerd. Enkele jaren geleden zijn snelheidsvelden in dezelfde bochtgoot met een twee-dimensionaal

Laser-Doppler-systeem gemeten. Uit deze 2D-metingen bleek dat de beschrijving van Reynolds-schuifspanningen met behulp van gradiënten van de gemiddelde stroming en eddy-viscositeiten in een bochtstroming niet de juiste sluitingsrelaties geeft (Booij, 1985).

Er is gemeten in een verticaal vlak loodrecht op de gemiddelde stromingsrichting na 3/4 van de bocht(±135°). Op deze positie heeft de stroming zich aan de bocht aangepast, zodat de verschillende gradiënten in de gemiddelde stromingsrichting te verwaarlozen zijn. De stromingscondities (waterhoogte en het debiet) zijn dezelfde als die tijdens de metingen met het 2D-LDA-systeem.

De metingen in de bochtgoot zijn verricht in de maanden januari en februari 1994 na een voorbereidingstijd van enkele maanden: juni tot en met december 1993. Na afloop is de bochtgoot afgebroken om plaats te maken voor nieuwe opstellingen.

Kort samengevat heeft dit onderzoek drie doelen:

1. Ervaring op te doen van het meten van 3D-snelheidsinformatie met de nieuwe Laser-Doppler-apparatuur

2. Vergelijking van de nieuwe meetuitkomsten met de resultaten van de oude metingen in de bochtgoot om zo de werking van de nieuwe apparatuur te controleren.

3. Modellering van de verschillende snelheidscorrelaties, met bijzondere aandacht voor de sluitingsrelaties voor de Reynolds-schuifspanningen.

I

I

1.3 Inhoud

I

Dit rapport geeft weer hoe en wat er gemeten is en wat de ervaring met deze nieuwe meetapparatuur is. Hoofdstuk 2 beschrijft de apparatuur, de meetopstelling en het meetprogramma. In dit hoofdstuk wordt speciale aandacht geschonken aan de afstelling en de uitlijning van de probes. Hoofdstuk 3 geeft enkele conclusies en aanbevelingen met betrekking tot de meetapparatuur en meettechniek weer.

In bijlage A staan gebruikte werkprocedures beschreven. Bijlage B bevat meetgegevens van de afstellingen van de meetprobes en de veranderingen van de instellingen als gevolg van storingen of verkeerde handelingen. Bijlage C gaat over de positie van het meetpunt van een LDA-probe en de uitlijning van de stralen op dit punt. Bijlage D bevat een lijst van formules voor de verschillende optische LDA-parameters. Bijlage E bevat lijsten met codes van meetseries, meetgegevens en geheugenruimte. De laatste bijlage G betreft een lijst met temperaturen van het water tijdens de meetperiode.

Drie-dimensionale Laser-Doppier Snelheidsmetingen in de bochtgoot 2. 3D-IDA-metingen

I

I

bundelscheider fotmultiplIers

I

I

·

1

Î

I

bsa1 bsa2 bsa3

pc 286

data

Faguur 1. Laser-Doppler opstelling met back-scatter-probes en Burst-Spectrom-Analayer-processoren.

I

_{2. 3D-Laser-Doppler-snelheidsmetingen}

Drie-dimensionale Laser-Doppier Snelheidsmetingenin de bochtgoot

_{in de bochtgoot}

2. 3D-IDA-metingen

2.1 Apparatuur

I

De Laser-Doppler-opstelling bestaat uit de volgende onderdelen: een laser, kleurscheidings- en inkoppelingsmodule(transrnitterbox), LDA-probes (back-scatter-probes) met glasvezelkabels (fibers),

fotodetectoren (photomultipliers), Burst Spectrum Analyzers (BSA's) voor de data-acquisitie, een traverseersysteem en een computer voor de besturing van de BSA's en het traverseersysteem envoor de dataopslag. De LDA-opstelling is schematische weergegeven in figuur 1.

I

Laser

De

Laser-Doppler-techniek

stelt hoge eisen

aan

de kwaliteit van de laserbundel: het licht moet coherent zijn en in de TEMoo-modezich voortplanten. Het transport van licht door glasvezels vereist ook deze TEM-mode. Dit betekent dat een laser als bron van coherent licht noodzakelijk is. De TEM-mode wordt ingesteld met de apertuur van de laser. Het gebruik van back-scatter-probes vereist een hoog-vermogen laser, omdat slechts ongeveer 1% van het uitgezonden licht wordt teruggekaatst. In dit experiment is een 4-Watt-Argon-Iaser (type Innova 90, fabrikant: Coherent) gebruikt. Uit deze laser komt een bundel met verschillende kleuren, waarvan de drie sterkste kleuren worden gebruikt:

groen, blauwen violet met een golflengte van respectievelijk 514,5

nm

,

488

om

en 476,5 nm.

De laser wordt gekoeld met gefilterd kraanwater. Een speciale pomp in het koelcircuit is vereist,

omdat op de hal van het laboratorium de druk op de waterkranen onvoldoende is. De temperatuur van het water moet lager zijn dan 30° en het minimale debiet is 8,5 liter/min. met een waterdruk tussen de 1,7 bar en 3,5 bar. Sensoren zorgen er voor dat de laser uit springt als het koelwater niet meer

aan

deze condities voldoet.

I

I

I

Kleurscheidings- en inkoppelingsmodule

Direct uit de laser gaat de bundel in een Fiberflow-transmitterbox (fabrikant: Dantec), waarin de straal wordt verdeeld in twee bundels (een +- en een -- bundel), waarvan de +-bundel 40 MHz in frequentie is verschoven met behulp van een

Bragg-cel

.

Deze

Bragg-cel

wordt aangestuurd met een stuursignaal van 40 Mhz uit een BSA. Daarna wordt elke bundel gesplitst in een groene, blauwe en violette straal. Deze zes stralen komen uit de kleurscheidingsmodule, waarna ze worden ingekoppeld in zes glasvezelkabels met behulp van manipulatoren. Deze glasvezelkabels bestaan uit single-mode-glasvezels om de dissipatie in de kabel zo laag te houden. De zes single-mode-glasvezels komen samen in twee gebundelde glasvezelkabels met een lengte van 20 meter, één verbonden aan de 2D-probe en één verbonden aan de lD-probe.

I

LDA-probes

De toegepaste LDA-meetmethode is gebaseerd op de 'fringe' -techniek. Dit betekent dat er per meetrichting er twee stralen nodig zijn waarvan er één in frequentie is verschoven. De twee stralen snijden elkaar in het brandpunt van de lens op de probe en vormen daar een meetvolume.

De twee Fiberflow-probes (type: 41X81l, Dantee) bestaan uit een zend- en een ontvangstgedeelte. In het zendgedeelte wordt het laserlicht uit een glasvezel gekoppeld en omgezet in een straal evenwijdig aan de lengte-as van de probe. De stralen, die extra verbreed (expanded beams) zijn om een kleinere meetvolume te krijgen, hebben een diameter van 2,1 mmo De afstand tussen twee stralen van een meetrichting is 60

mm

o

De optische as van de lens die op een probe wordt geschroefd, valt samen met lengte-as van de probe. In het brandpunt van de lens wordt al het laserlicht geconcentreerd. Snijdende stralen vormen daar een meetvolume. De gebruikte positieve, sferische lenzen hebben een brandpuntsafstand van 310

mm

o

De afmetingen van de ellipsvormige meetvolumes staan in tabel 1.

Tussen de lens en de 1D-probe is een beam-translator (type: 55X82) geplaatst, omdat de uitlijning van de stralen in de probe niet optimaal is. Zonder beam-translator snijden de stralen elkaar niet in het brandpunt. De uitlijning van de stralen in een probe is vast en kan alleen door de producent (Dantec) worden aangepast. Met de beam-translator is elke straal apart afgeregeld, zodat de stralen

I

Drie-dimensionale Laser-Dop,pur Snelheidsmetingenin de bochtgoot 2. 3D-IDA-metingen

I

elkaar snijden in het brandpunt van de lens. De maximale afstand tussen de twee stralen op de 1D-Iens is 40

mmo

Opde 2D-probe is geen beam-translator gemonteerd, omdat in deze probe de afregeling van de stralen wel correct is; de meetvolumes van beide meetrichtingen vallen samen met het brandpunt van de lens.

Het ontvangstgedeelte van een probe ontvangt het teruggekaatste licht uit het brandpunt van de lens. Dit wordt aangeduid als de terugkaatsmethode of back-scatter-methode. Dit teruggekaatste licht gaat via een gewone (multi-mode) glasvezelkabel en kleurscheiders naar de drie fotodectoren, die het licht omzetten in elektrische signalen. Deze hoogfrequente signalen worden bewerkt door de drie Burst Spectrum Analyzers.

I

<. Burst Spectrum Analyzers

De BSA's zijn Fast-Fourier-Transform-processoren, speciaal ontwikkeld voor Laser-Doppler-snelheidsmetingen. De BSA's filteren en maken daarna een fouriertransformatie van het elektrische signaal uit de fotomulipliers. Met behulp van de getransformeerde signalen worden de Doppler-frequenties (en dus de snelheden) geschat. In dit experiment zijn 3 BSA's gebruikt: een master-BSA (type: 57N20 BSA enhanced) en twee BSA's (type: 57N35 BSA enhanced model S). Een slave-BSA-processor is identiek aan de master-slave-BSA-processor, maar een slave-BSA is niet voorzien van een besturingspaneel aan de voorzijde en kunnen niet zelfstandig gebruikt worden. De BSA's zijn met elkaar verbonden via een interne communicatiebus, en worden vanaf een computer via een IEEE-interface aangestuurd. Het traverseersysteem wordt ook aangestuurd vanaf dezelfde meetcomputer. Hiervoor is het software-pakket Burstware (versie 3.1, MS-DOS, voor de aansturing van de BSA's) aangepast aan het gebruikte traverseersyteem. Naast data-acquisitie biedt Burstware ook dataverwerkingsmogelijkheden.

I

I

Traverseersysteem

Voor het verplaatsen en nauwkeurig positioneren van de LDA-probes is een traverseersysteem (type: DMC-704, fabrikant: Galid Motion ControlI) met een relative positioneringsonnauwkeurigheid van

2,5 /Lm (!!) en met vier bewegingsrichtingen (X, Y, Z en W) gebruikt. Het traverseersysteem is gemonteerd op een rechthoekig, verrijdbaar frame. Het traverseersysteem kan waterpas worden gesteld met behulp van vier verdraaibare steunen, waarbij de wielen vrij van de grond komen. Het systeem wordt aangestuurd door een controller die wordt bediend vanaf een computer. Tevens is het systeem uitgerust met een beveiligingsschakeling om ongewenste botsingen tussen de probes en de goot te voorkomen.

Op elke traverseeras is een referentieschakelaar (HOME) gemonteerd voor de vaststelling van een referentiepositie. De onnauwkeurigheid van deze referentiepositie is ongeveer 1 mmo Een nauwkeuriger referentiepositie is te bereiken door de traverseerassen naar hun nulpositie (0.0000,0.0000,0.0000,0.0000) te verplaatsen en daarna de controller pas uit te schakelen. Na het opnieuw inschakelen geeft de controller als beginpositie de nulpositie (0,0,0,0) aan. Deze methode resulteert in een nauwkeurige referentiepositie met een onnauwkeurigheid van 2,5 /Lm, en is daarom in dit experiment altijd gevolgd. De verschillende handelingen bij het opstarten en bij het uitschakelen

I

,

Tabel 1. De afmetingen van het meetvolume en de calibratiefactoren voor de drie meetrichtingen (zonder invloed van breking).

richting golf-lengte straal- afmeting meetvolwne

calibratie-[om] afstand [mm] _(actor

[mm] 4x1 4x1 4x) [misiMhz]

°

514,5 60 0,093 0,092 0,96 2,671 1 488 60 0,088 0,088 0,91 2,533 2 476,5 40 0,086 0,088 1,33 3,701

,

I

Drie-dimensionale Laser-Doppier Snelheidsmetingen in de bochtgoot _{2. 3D-UJA-metingen}

staan beschreven in bijlage A.

De ijzeren constructie waarin de probes zijn geplaatst is opgehangen aan de Z-as van het traverseersysteem. Deze constructie met een contragewicht is zo zwaar dat de Z-as naar benedenzakt als de asmotor of de controller wordt uitgeschakeld. Tijdens het gebruik wordt de motor van de Z-as gloeiend heet, omdat door de motor constant een grote elektrische stroom loopt om het gewicht omhoog te houden. Dit is te voorkomen door eerst de rem van de Z-as te activeren en daarna de stroomaansluitingen op de motor los te koppelen. Dit kan alleen als er tijdens de metingen geen verplaatsingen in de verticaal meer nodig zijn. Bij het inschakelen van de Z-as moeten eerst de aansluitingen worden aangekoppeld en daarna mag de rem van de Z-as pas los.

Opstelling

De bocbtgoot in het Laboratorium voor Vloeistofmechanica maakt een flauwe bocht van 1800 met een straal van 4,10 meter tot de middellijn van de goot (zie figuur 2). De goot is 0,50 m breed, beeft een rechthoekige doorsnede, is recht over een afstand van 11 m voor en 6,4 m na de bocht. De goot heeft een glazen bodem (glasdikte: 8 mm) en de gebogen zijwanden zijn van perspex. Het heeft een eigen circulatiesysteem: een pomp zuigt water op uit een bassin en transporteert het via een buizenstelsel naar de instroomzijde; aan het einde van de goot stroomt het water weer terug in het bassin. De waterhoogte in de goot wordt geregeld met behulp van een overlaat aan de uitstroomzijde.

Tevens is het mogelijk de goot te vullen met stilstaand water door de goot aan het eind af te sluiten met een klep en de circulatiepomp een korte tijd aan te zetten.

De meetsectie bevindt zich op ongeveer 135°vanaf het begin van de bocht. In de bodem van de meetsectie is een nieuwe glasplaat ingezet. Om de meetsectie is een houten hok met een hoogte van 3 m en een vloer oppervlak van

±

5 m2gebouwd. De laser met transmitterbox, fotodetectoren, BSA's en meetcomputer staan opgesteld in een afsluitbare meetkar buiten de meetruimte. De glasvezelkabels liggen in een plastic goot bevestigd aanhet ijzeren frame van de goot en lopen vanaf de meetkar naar de probes onder de meetsectie. Voor het begin van de bocht staat een Elektro-Magnetisch-snelheidsmeter (apparaatnummer: E015) opgesteld op ongeveer 4 cm boven de bodem. De X-meetrichting is evenwijdig aan de stromingsrichting. Op ongeveer 50 cm voor het meetvlak is een peilnaald geplaatst en voor de bocht is een thermometer tegen een zijwand bevestigd.

Het traverseersysteem staat in de meetruimte aan de buitenbochtzijde met de X-as in de radiale richting van de bocht(de positieve richting is van de buiten- naar de binnenbocht), de positieve Y-as en de negatieve W-as in de transversale richting (stromingsrichting) en de positieve Z-as in de vertikale richting naar beneden gericht.

Er is van onderen door de bodem van de goot gemeten om metingen vlak boven de bodem mogelijk te maken. De probes staan onder een hoek van 300 met de verticaal naar boven gericht en zijn geplaatst in een speciaal gemaakte constructie aan het traverseersysteem, zoals geschetst is in figuur 3. Voor de uitlijning van de probes hebben de probes minimaal drie vrijheidsgraden nodig: twee translaties en een rotatie. De onderlinge afstand tussen de probes wordt ingesteld met de W-as. Beide probes kunnen langs hun lengteas in hun houders worden verplaatst. De 2D-probe kan over een kleine boek worden geroteerd

I

I

2.2 Meetopstelling

I

,

I

I

I

Faguur 2. Bovenaanzicht van de bochtgoot in het

Drie-dimensionale Laser-Dop,pier Snelheidsmetingen in de bochtgoot 2. 3D-UJA-metingen

om zijn breedte-as. Daarvoor is aan de bovenzijde van de bevestigingsplaat van deze probe een

scharnier bevestigd en is aan de onderzijde een microverplaatser gemonteerd. Deze

instellingsmogelijkheid is nodig, omdat de optische assen van de probes niet in één vlak liggen, als

gevolg van kleine afwijkingen in de constructie.

Onder de goot is een glazen prisma gevuld met zuurstofarm-water geplaatst (zie figuur 4). De

basis van het prisma is evenwijdig aan de bodem van de goot en de zijwanden staan loodrecht op de

optische assen van de probes. Dit prisma onderdrukt de brekingseffecten als gevolg van de schuine

stand van de probes ten opzichte van de bodem. Hierdoor blijft het mogelijk dat de stralen van een

meetrichting elkaar snijden in het brandpunt van de probe.

Dit prisma is gemaakt van glas met wanddikte 8 mm en de wanden zijn vastgehecht met kit. De

lengte van het prisma is gelijk aan de gootbreedte (=50 cm). De punt is verstevigd met een PVC

-balkje. In de punt van het prisma is over de hele lengte een ijzeren pijpje gemonteerd. In dit pijpje

zijn op drie plaatsen binnen het prisma openingen geboord: in het midden en vlakbijde binnenzijden.

Aan het pijpje zit aan de beide kanten een plastic slangetje met een slangenldem. Onder de goot rust

het prisma op twee stelschroeven, die het prisma vastklemmen tegen de bodem van de goot. Belletjes

aan de binnenzijde van de wand kunnen de laserstralen afbuigen en verstrooien. Het prisma is

helemaal afgesloten, waardoor het heel lastig is belletjes van de wand te verwijderen. Vandaar dat het prisma gevuld is met zuurstofarm-water. In bijlage A is beschreven op welke wijze water zuurstofarm gemaakt is en het prisma hiermee gevuld is.

Tussen de bodem en het prisma zitten rubberen afstandsdopjes, die zorgen voor een luchtspleet

van 1,9

mmo

Tussen het water in het prisma en het water in de goot zitten nu drie planparallelle

platen: een glazen prismawand, de luchtspleet en de glazen gootbodem. De breking van licht bij de

luchtspleet is tegengesteld aan de breking bij de glasplaten, omdat de brekingsindex van lucht(= 1,0)

kleiner en die van glas groter (=1,5) is dan die van water(=1,33). Een luchtspleet met een hoogte

van 1,9 mm heft de breking van de glasplaten (met een totale dikte van 16 mm) precies op, zodat het totale brekingseffect tussen het prisma en de goot minimaal is.

Faguur 3. De ophangconstructie van de probes aan de W-as van het traverseersystem, zij- en bovenaanzicht. "

I

I

I

,

I

,,---

-I

I

I

I

Drie-dimensionale Laser-Doppier Snelheidsmetingeninde bochtgoot 2. 3D-UJA-metingen

I

Deeltjes

Met de LDA-techniek worden eigenlijk geen stroomsnelheden gemeten, maar snelheden van deeltjes,

die het meetpunt passeren en licht terugkaatsen. Hierbij moeten de deeltjes wel de stroming volgen om de metingen betrouwbaar te laten zijn. Dit betekent dat de deeltjes klein moeten zijn en een dichtheid moeten hebben vergelijkbaar met water. Ze moeten ook weer niet te klein zijn, omdat ze dan onvoldoende licht terugkaatsen. Voor backscatter-LDA-metingen bij gebruik van 31O-mm-Ienzen moeten de deeltjes een diameter hebben van ongeveer 3 ILm (0.003 mm). Tijdens de bochtgootmetingen is een soort LATEX-lijm als deeltjestoevoeger (seeding) gebruikt (merknaam:

Marfix NL 725, leverancier: CECA Nederland').

De seeding is als volgt bereid: Een emmer van

9

liter wordt ongeveer drie-kwart gevuld met kraanwater. Hierin wordt een roerder geplaatst. Een staafje wordt in de Marfix gedoopt en daarna in het roterende water gehouden. De Latex-lijm wordt van het staafje afgeslagen. Per emmer is dit ongeveer

5

tot

8

keer herhaald. Het water in de emmer wordt daarna enkele minuten met de roerder in beweging gehouden. Op de oplossing drijven vellen en/of klonten die worden verwijderd. De emmer is daarna geleegd in de bochtgoot. Op deze manier zijn er ongeveer 3 tot 5 emmers aan het water van de bochtgoot toegevoegd. De totale watervolume van de bochtgoot is ongeveer 1600 liter.

I

,

Meetrichtingen

Voor de bochtgootmetingen is gekozen voor een meetstelsel waarbij de horizontale snelheidscomponent in de stromingsrichting en de vertikale snelheidscomponent uit de meetrichtingen 1 en 3 (gevormd door de stralen 1-/1+ en 3-/3+) worden berekend (zie figuren 4). Meetrichting 2 meet direct de horizontale snelheid in de radiale richting, terwijl de richtingen 1 en 3 positieve snelheden meten onder een hoek van 30" met de stromingsrichting, respectievelijk omhoog en omlaag. De meetrichtingen 0 en 1 staan altijd loodrecht op elkaar en de hoek tussen de richtingen 1 en 3 is

60°.

Dit levert de volgende transformatiematrix tussen de snelheden in het assenstelsel van de

I

I

stroming

__.

meetvolume /,/~ 1 20.

_-

-_..../ ...':;.3... meetrichtingea

I

l,9mm luchtspleet prisma

I

Figuur 4. De stand van de probes ten opzichte van de gootbodem en het glazen prisma gevuld met water (zijaanzicht).

Het adres van CECA-Nederland B.V. is:Postbus 22,5140 AA Waalwijk," 04160-71100. Het product is geleverd als een gratis monster van 5 kg (1 jaar houdbaar).

Drie-dimensionale Laser-Doppler Snelheidsmetingen in de bochtgoot _{2. 3D-LDA-metingen}

I

stroming met de radiale snelheid u, de transversale snelheid v en de vertikale snelheid w en de

gemeten snelhedenUI' U2enU3is:

[

"]

V

_

-

[~

0

0 ~]

1 0 '"2

"I]

W 1 0 -1 "3

I

Correctie vertikale positie

Een vertikale verplaatsing van een probe geeft een verplaatsing van het meetvolume in de goot bestaande uit twee bijdrage: vertikale verplaatsing gelijk aan die van de probes en een verplaatsing langs de optische as. Deze laatste verplaatsing is het gevolg van de verandering van de

brandpuntsafstand. In de gebruikte configuratie met twee probes liggen de 30-meetpunten in een

verticaal vlak. Na een vertikale verplaatsing zijn de horizontale posities van de probes (langs de

y-en W-as) aangepast. Hierna zijn dat de meetpunten invertikaIe richting verplaatst, terwijl de probes

in zowel de vertikale als een horizontale richting zijn bewogen. Op grond hiervan is een relatie

afgeleid tussen de vertikale verplaatsing van de probe en de vertikale verplaatsing van het

meetvolume:

I

Hierbij is K gelijk aan de verhouding tussen de vertikaIe verplaatsing van het meetvolume en de

vertikale verplaatsing van de probe (Z-as), n de brekingsindex van water ten opzichte van lucht

(n= 1,33) en 4> de hoek die de lengteas van de probes maken met de verticaal. In dit experiment staan

de probes onder een hoek 4> van 30" . Dat betekent dat K = 1,23. Dit komt overeen met metingen

vermeld in bijlage B, tabel B.2 die een correctiefactor van K= 1,21±0,04 opleveren.

2.3

Uitlijning

I

Opstellen en uitlijnen van alle apparatuur vergt in Laser-Doppler-experimenten veeltijd en aandacht.

Ten opzichte van oude LDA-opstellingen is de uitlijning met gebruik van probes en glasvezels

makkelijker geworden, omdat de uitlijning rond de meetsectie is losgekoppeld van de uitlijning van

de laser. In dit 3D-experiment worden twee meetvolumes met een breedte van ongeveer 0,1 mm en

een lengte van 1 mm schuin over elkaar gelegd. Dit vereist wel een uitlijningsnauwkeurigheid van

0,05 mmo

De laser en de transmitterbox zijn uitgelijnd op een optische rail. Daarna zijn de

glasvezelinkoppelingen afgesteld en uitgelijnd. Tevens is de 'beamtranslator' op de lD-probe

afgeregeld. In bijlage C zijn de verrichte handelingen voor de uitlijning van deze optische

instrumenten beschreven.

Het traverseersysteem is waterpas gesteld met de assen in de gewenste richtingen, volgens de

procedure uit bijlage A. Daarna zijn de probes in hun houders geplaatst. Na deze uitlijning vormen

stralenparen de gewenste (meet)richting enliggen de meetvolumes van de probes over elkaar. De

meetrichtingen zijn ingesteld met behulp van een vrij hangend touw (dikte: ±2 mm) meteen gewicht eraan, omdat de straalparen 1 en 3 in een verticaal vlak behoren te liggen. Hierbij worden de 20-probe, respectievelijk de lD-probe geroteerd om hun lengteas in hun houders, totdat de I-stralen, respectievelijk de 3-stralen op het vrijhangende touw vallen.

Voor het vinden van een snijpunt tussen verschillende stralen in water zijn naaimachine-naalden gebruikt. Deze naalden zijn recht en stevig en hebben een scherpe punt met een diameter kleiner dan de diameter van de stralen rond het meetvolume. Als verschillende stralen tegelijkertijd door een naaldpunt worden bedekt, geeft de positie van de naaldpunt bet snijpunt tussen die stralen aan. De

I

Drie-dimensionale Laserpositie van een 3D-meetpunt is bekend als zes stralen tegelijk door een naaldpunt worden geraakt.-Doppier Snelheidsmetingeninde bodugoot 2. 3D-IDA-metingen Als hulpmiddel is een peilnaald met aan de onderste punt een blokje hout met daarin een naald horizontaal bevestigd. De naald staat loodrecht op het vertikale vlak door de meetrichtingen 1 en 3. De peilnaald staat gemonteerd op een combinatie van twee microverplaatsers (zie figuur 5). De peilnaald zorgt voor de vertikale verplaatsingen van de naald en de microverplaatsers met een bereik van 20

mm

verplaatsen de naald in de beide horizontale richtingen. Dit hele systeem van peilnaald en tafeltjes is gemonteerd op houten schuif boven de goot. In bijlage A wordt beschreven hoe een snijpunt tussen stralen met behulp van een naald(punt) wordt gevonden.

De probes zijn eerst uitgelijnd op een punt van een naald, die buiten de goot aangebracht is. Tussen deze naald en de probes is geen glazen wand aanwezig. Allereerst is de lD-probe zo gepositioneerd dat haar stralen door de naaldpunt zijn bedekt. Daarna is de 2D-probe op de naaldpunt gericht. Hierbij is de probe langs haar lengteas met de hand in haar houders verschoven, nadat de houders iets los zijn gedraaid. De kleinste verschuiving die hierbij mogelijk is, is ongeveer 1

mmo

Dit is niet genoeg om alle zes stralen in één snijpunt te krijgen. De kleine afwijking in de hoogte tussen de probes is in de uitlijning in de goot gecompenseerd door gebruik te maken van het prisma. Als gevolg van de verschillen in brekingsindex van lucht en water is de brandpuntsafstand van een lens in water anders dan in lucht. In een water-lucht-configuratie hangt de afstand van het lensmiddelpunt tot het brandpunt af van de weglengte van de stralen in lucht en in water voordat ze elkaar snijden. Als een probe in horizontaal richting naar het prisma toe beweegt, wordt de afstand tot het prisma kleiner. Hierdoor wordt de weglengte in lucht kleiner en in water groter. Dit resulteert in een grotere brandpuntsafstand, waarbij het snijpunt tussen stralen zowel in horizontale vlak als in de vertikale richting is verplaatst. Door de afstanden tussen de probes en de prismazijvlakken ongelijk te kiezen wordt toch een gemeenschappelijk meetvolume gevormd. Dit betekent wel dat het meetvlak niet boven het midden van het prisma staat.

I

I

I

I

2.4 Veiligheid

De gebruikte laser valt in de laserveiligheidsklasse 4 (de hoogste klasse), omdat de bundel direct uit

I

... -.

microverplaatsels

I

I

Figuur S. Het gebruikte constructie van peilnaald en microverplaatsers voor het verplaatsen van de naald.

Drie-dimensionale LAser-Dop pier Snelheidsmetingen inde bochtgoot _{2. 3D-IDA-metingen}

I

de laser en de stralen uit probes ogen en/of huidweefsel kunnen beschadigen of brand veroorzaken. Beperking van deze risico's vereist veel aandacht voor de afscherming van het laserlicht. Tijdens de opbouw van dit experiment is er veel aandacht geschonken aan de veiligheid van de opstelling voor gebruikers en voorbijgangers. Verschillende genomen maatregelen staan beschreven in een veiligheidsrapport (Booij en Tukker, 1993). De belangrijkste maatregel is de bouw van een houten meetruimte om de meetsectie.

I

2.S Meetprocedure

Elk meetserie heeft een eigen meetblad waarop relevante instellingen van de BSA's, de plaatscoördinaten van de probes, de gemeten waterhoogte, de watertemperatuur en de namen van de EMS-datafiles staan. De meetbladen zijn verzameld in een ordner. Een lijst met de verschillende handelingen in de juiste volgorde is opgenomen in bijlage A. Hieronder worden enkele handelingen

beschreven.

I

3D meetvolume

De uitlijning van een 3D-meetvolume is verricht in stilstaand water en neemt 1 tot 2 uur insteltijd in beslag. Deze uitlijning van de probes vindt plaats in het midden van de goot (op X

=

515 mm). De plaatscoördinaten (Y, Z, W) van de probes van de vorige meetserie vormen hierbij het uitgangspunt. Allereerst worden de probes op de juiste hoogte (Z-coördinaat) gepositioneerd. Daarna worden de probes verplaatst langs de Y- en W-as, totdat alle zes stralen elkaar in één punt (het 3D-meetvolume) elkaar snijden. Het traverseersysteem is ten opzichte van de goot zo goed uitgelijnd dat bij traversering langs de X-as een 3D-meetvolume blijft bestaan. Hierdoor is het mogelijk langs een horizontale lijn automatisch een reeks punten door te meten. Bij traversering in de vertikale richting moeten de probes opnieuw ten opzichte van elkaar worden uitgelijnd.

I

BSA's

De BSA's zijn ingesteld aan de hand van de meetfrequentie (data-rate), de validatie en de vorm en grootte van het meetsignalen ('bursts') op de oscilloscoop. Het laservermogen is ingesteld twee Watt. Bij een meetduur per meetpunt van zes minuten beperkt de grootte van de opslagruimte in de BSA's de meetfrequentie tot 300 Hz. De kwaliteit van een 3D-meting wordt bepaald door het aantal coïncidente punten per seconde. Van te voren is als eis gesteld dat de meetfrequentie na een coïncidentie-filter minimaal 1 Hz moet zijn, omdat de grootste tijdschaal ongeveer één seconde is. Als het hardware-coïncldenüe-filter is ingeschakeld en de meetfrequentie niet aan deze eis voldoet, moet de probes opnieuw worden uitgelijnd. Tijdens de metingen is het hardware-coïncidentie-filter uitgeschakeld en worden de snelheden, de aankomsttijden ('arrival time') en de passagetijden ('transit time') in ruwe-datafiles opgeslagen.

,

I

Stroming

Aan het begin van de metingen is het debiet en de waterhoogte ingesteld met behulp van een klep in de aanvoerleiding en de hoogte van de overlaat. De pomp is niet regelbaar. Deze instellingen zijn daarna niet meer gewijzigd.

Aan het begin van elke meetdag zijn de positie van de bodem en de waterspiegel gemeten door de 2D-probe verticaal te traverseren, waarbij de andere assen stil zijn blijven staan. Als meetrichting 1 geen snelheden meer meet, ligt het meetvolume in de bodem of boven het wateroppervlak. Tevens is de waterhoogte in de buurt van de meetsectie met een peilnaald en de temperatuur van het water met een thermometer gemeten.

De stroomsnelheid is tijdens de metingen met een Elektromagnetische Snelheidsmeter (apparaatnummer: EOI5) gemeten met een meetfrequentie van 1000 metingen per seconde. De data uit de EMS staan opgeslagen in DACONl-files in twee kolommen (koloml:X; kolom 2:Y). De naam van deze files zijn gecodeerd als E????!!.log. Op de plaats van ???? staat de datum van de metingen

I

I

I

,

Drie-dimensionale Laser-Dopplet Snelheidsmetingen in de bochtgoot 2. 3D-WA-metingen in vier cijfers (eerst de dag en dan de maand, bijvoorbeeld 10 februari is 1(02). Op de plaats van !!

staat een letter, een A, een B, of een C.. Deze geeft

aan

of het de eerste (A), tweede (B) of derde

(C) EMS-serie van die dag betreft. Als op de plaats!! een Z staatgevolgd door een getal, 1 , 2 of

3 , dan betreft dit een ijkmeting in stilstaand water in een volle plastic maatbeker.

I

Meetposities

Het pakket Burstware heeft de mogelijkheid een reeks posities

aan

te maken metbehulp van een gridgenerator of posities via het toetsenbord in te voeren of te wijzigen. Deze mogelijkheid is niet gebruikersvriendelijk voor grote meetseries met een variabele afstand tussen de gridpunten. Tevens worden sommige coördinaten niet geaccepteerd. (Waarschijnlijk zit er een fout in de gridgenerator van Burstware.) Op grond hiervan is gekozen datafiles (code: ??????prn, ASCII-file) met traverseerposities (in mm)

aan

te maken met de tekstverwerker 'programeditor' (van Wordperfect,

nederlandstalig)', Deze datafiles worden vanuit Burstware ingelezen en geconverteerd naar de Burstware-traverseerfiles (code: ??????trv). Op deze manier worden wel alle coördinaten geaccepteerd tot vier cijfers achter de komma.

,

I

I

Dataopslag

Na afloop van de metingen zijn de ruwe-datafiles van de meetserie gekopieerd naar een verplaatsbare harde schijf van 40 Mbyte. Daarna is de inhoud van de schijf gekopieerd naar een computer voor de verwerking en tijdelijke opslag van de gegevens. In clusters van enkele meetseries zijn de gegevens opgeslagen op twee 2-Gigabyte-banden (type:MagnusIm2.0 (289,56 m);fabrikant: 3M) met behulp van een 'tapestreamer' (type: Duoport 4000; fabrikant: Multiport) en het programma 'Backit4' .

I

ControleAlle 3D-meetgegevens zijn bewerkt met een coïncidentie-filter van 1 ms. Meetseries met veel punten met een gemiddelde meetfrequentie na dit filter lager dan 1 Hz zijn geheel of gedeeltelijk overgedaan.

I

Tijdens deze meetcampagne i

2.6 ~eetprogra~~a

s de waterhoogte bij de meetsectie ingesteld op 5 cm en de diepte-gemiddelde stroomsnelheid op 25 cm/s. Dit komt overeen met een debiet van 6,3·10'3m3/s.

2.6.1 Snelheidsveld

I

I

Het snelheidsveld is doorgemeten per horizontale lijn van de buitenbocht tot de binnenbocht. Hierbij is alleen de positie op de X-as gevarieerd. De standaardafstand tussen twee posities is 2 cm. In de buurt van de zijwanden liggen de meetpunten dichterbij elkaar. Totaal zijn er 37 meetposities langs een horizontale lijn en 22 posities langs een vertikale lijn. Dit zijn totaal 814 punten. Elke meetserie

is automatisch verlopen met een meettijd per meetpunt van 6 min. Een serie van 37 posities heeft ongeveer 41h uur nodig.

De datafiles van deze meetseries zijn gecodeerd als B3DVE? (B3D : Bochtgoot-3D-metingen; VE : velocity). langs een horizontale lijn. De meetseries op verschillende hoogten zijn gecodeerd met op de positie? een letter uit het alfabet, waarbijserie A ter hoogte van het wateroppervlak is gemeten en de serie V net boven de bodem. Verschillende van deze VE-meetseries zijn helemaal of gedeeltelijk herhaald wegens een te kleine meetfrequentie na het coïncidentie-filter. De resultaten van deze metingen staan in files met de code B3DV?? met op positie?? AA of BB of CC of ... , waarbij bijvoorbeeld de serie AA op ongeveer dezelfde waterhoogte is gemeten als de serie A.

Waarschuwing: De filenaam B3DVEE komt hierdoor

twee

keer voor als code voor verschillende meetseries.

I

Drie-dimensionale Laser-Dopplet Snelheidsmetingen in de bochsgoot _{2. 3D-WA-metingen}

I

2.6.2 Metingen

in

bet midden van de goot

Aan het begin van elke B3DVE-serie en B3DV-serie is in het midden van de goot een éénpunts-meting met een meettijd van 10 min verricht. Deze éénpunts-metingen zijn bedoeld voor gedetailleerd onderzoek naar de vertikale structuur van de turbulente bochtstroming. Ze zijn gecodeerd als B3DSP? of als B3DS?? De vertikale positie wordt uitgedrukt in een lettercode op positie 7: A, B, C, D, . of op positie

71:

AA, BB, ... Deze codering voor de meethoogte komt overeen met de van de B3DVE- en de B3DV-series: series B3DVEA en B3DSPA zijn gemeten op dezelfde vertikale positie Dit geldt ook voor de series B3DVAA en B3DSAA .. Waarschuwing: De filenaam B3DSPP komt

twee

keer voor als code voor twee verschillende metingen.

I

2.6.3 Lange-duurmetingen

J

Aan het eind van bovenstaande metingen zijn enkele lange-duurmetingen van ongeveer een uur

verricht om te controleren of de verschillende snelheidsmomenten en vertikale en horizontale gemiddelde-snelheidsgradiënten stationair zijn. Deze meetserie, bestaande uit vijf meetpunten, is gecodeerd als B3DMO? met op positie? een A, Bof C. Serie A en C bestaan uit één meetpunt en serie B bestaat uit drie meetpunten. De posities van deze punten in traverseercoördinaten (!!) staan in tabel 2. De werkelijke vertikale afstand tussen de meetpunten in het midden van de goot(X = 515) is

6,80 mm

o

De totale meettijd van één uur is verdeeld over

6

of 12 files, omdat het opslaggeheugen in de BSA's te klein is voor een lange meting. Tevens zou de datafile met alle meetgegevens erin veel te groot worden (±13 Mbyte).

I

2.

6

.

4 Bo

demmetingen

I

Tevens zijn er in kleine meetseries van zeven meetposities metingen dichtbij de bodem verricht om hieruit profielen van snelheidsmomenten dichtbij de bodem te berekenen. De datafiles van deze bodemmetingen zijn gecodeerd als B3DBO? met op positie 7 een letter (A, B, C, ... ), waarbij de serie A het dichtst bij de bodem ligt

I

2.6.5 IJkmetingen

Voor de berekening van de omrekeningsfactor tussen de Doppler-frequentieverschuiving en de snelheid voor elke meetrichting zijn enkele ijkmetingen verricht. Tijdens deze metingen staan de probes vertikaal, waarbij twee meetrichtingen (1 en 3, of 2 en 3) evenwijdig staan aan de X-traverseeras. Hierbij zijn de probes gericht op een touwtje die over de goot evenwijdig aan de X-as

I

Tabel 2. De posities van de meetpunten uit de lange-duurmetigen (B3DMO-serie), m

traverseercoördinaten.

6B3DMO? X [mm] Z [mm] aantal files

A 515,00 51,16 12 B 465,00 59,39 6 515,00 59,39 6 565,00 59,39 6 C 515,00 67,63 12

I

,

I

Drie-dimensionale Laser-Dop,pier Snelheidsmetingeninde bodugoot 2. 3D-LDA-metingen

I

is gespannen .. Bij traversering van langs de X-as blijven de stralen op dit touwtje gericht. Tijdens de ijkmetingen is de X-as met een constante snelheid heen en weer bewogen. Tijdens richtingsverandering bevinden de probes buiten de goot en meten geen signaal. De ijking is verricht bij vijf snelheden: 5 cm/s, 10 cm/s, 15 cm/s, 20 cm/s en 25 cm/s. De bijbehorende datatiles dragen de naam YKn?! (op de serie BYKSOAna). De snelheid van de X-traverseeras is weergegeven in mm/s op de positie n? (50 mm/s is 050). Op de positie! staat een lettercode A of B, die de positie van de 2D-probe aangeeft. De code betekent dat de meetrichting 1 evenwijdig aan de X-as staat en de code B betekent dat de richting 3 de bewegingssnelheid meet.

I

I

I

I

,

I

I

Drie-dimensionale Laser

_{3. Conclusies en aanbevelingen}

-Doppier Snelheidsmetingenin de bochtgoot 3. Conclusies en tuUlbevelingen

3.1 3D-snelheidsmetingen

I

Drie-dimensionale snelheden experimenteel meten in een glazen goot is mogelijk met het gebruikte LDA-systeem, o.a. bestaande uit eem 4-Wat-Argon-Iaser, twee backscatter-probes (DANTEC, Fiberflow), drie Burst Spectrum Analyzers (DANTEC) en een nauwkeurig 4D-traverseersysteem (DMC-704). Tevens is het mogelijk met dit systeem automatisch een reeks punten door te meten. De Burst Spectrum Analyzers zijn uitermate geschikt om LOA-signalen (zelfs met veel ruis) de juiste Doppler-frequentie te bepalen. Tijdens deze metingen worden de burst-signalen duidelijk zichtbaar Het gebruikte traverseersysteem is voldoende nauwkeurig (relatieve positioneringsnauwkeurigheid van

2,5

#Lm) voor de positionering van LDA-backscatter probes in automatische meetreeksen van 30-snelheden.

Het gebruik van glasvezelkabels voor de transport van licht heeft enkele grote voordelen:

- De posities van de stralen in de meetsectie is losgekoppeld van de uitlijning van de laser. - Het laserlicht is zoveel mogelijk afgeschermd.

De gebruikte deeltjestoevoeger (Marfix, LATEX-lijm) is geschikt om de meetfrequentie van de LOA-metingen te verhogen.

De opstelling van een watergevuld prisma met een luchtspleet tussen het prisma en de gootbodem is geschikt voor 30-snelheidsmetingen met LOA.

De voorbereiding van een experiment om 30-snelheden te meten kost veel tijd (enkele maanden) en dient zorgvuldig te gebeuren: met name:

- de beveiliging van de apparatuur, - de uitlijning van het traverseersysteem,

- de uitlijning van de laser, de fibers en de probes, - de afscherming van het laserlicht,

- de keuze van een deeltjestoevoeger (seeding).

Tijdens de metingen kost de uitlijning van de probes om een 30-meetvolume te vormen 1 à 2 uur.

I

I

I

I

3.2 Stroming

I

Uit waarneming tijdens de metingen en uit de eerste resultaten is gebleken dat de stromingscondities vrijwel gelijk zijn over de meetdagen.

De bodem van de meetsectie ligt iets scheef ten opzichte van de X-as. Uit testmetingen vlak boven de bodem over de gehele gootbreedte is gebleken dat de bodem bij de buitenbocht 1,5

±

0,5

mm

hoger ligt dan bij de binnenbocht. Dit betekent een kleine helling van ongeveer 0,3 %. Waarschijnlijk is de invloed van de deze kleine helling op de stroming alleen vlakbij de bodem merkbaar. In de stromingsrichting ligt de bodem van de meetsectie wel horizontaal volgens metingen met een nauwkeurig waterpas.

3.3 Eerste resultaten

I

De eerste resultaten (Booij en Tukker, 1994) geven een betrouwbaar beeld van de uitgevoerde metingen. Uit de gegevens van de 30-snelheden kunnen duidelijk secondaire stromingsstructuren worden bepaald. Tevens kunnen uit deze meetgegevens belangrijke turbulentie-parameters: alle 2e momenten van de snelheidstluctuaties (Reynoldsspanningen) en hogere statistische momenten: alle 3e momenten en 4emomenten worden berekend, waarmee turbulentiemodelen kunnen worden getoetst.

Drie-dimensionale Laser-Doppier Snelheidsmetingen in de bochtgoot _{3. Condusüs en aanbeveltngen}

I

3.4 Aanbevelingen

Laserruimte

Het is wenselijk dat er in het laboratorium een speciale laserruimte komt. Het gebruik van glasvezelkabels ontkoppelt de uitlijning van de laser met de transmitterbox met de positionering van de LDA-probes. Hierdoor is het mogelijk heel veel voorbereidende werkzaamheden, zoals de uitlijning van de laser en de glasvezelinkoppelingen, van te voren in een aparte laserruimte te verrichten. In deze ruimte kunnen de probes en de BSA's al zoveel mogelijk worden getest (wat in meetopstellingen moeilijk of niet mogelijk is). Aan het begin van het experiment hoeft alle apparatuur alleen maar naar de opstelling worden gereden en gemonteerd.

I

Optische hulpmiddelen

Het is wenselijk dat er meer optische hulpmiddelen, zoals een optische tafel en een optische rail, wordt aangeschaft. Gezien de problemen met de uitlijning van de stralen van de 1D-probe, is het raadzaam meer optische hulpmiddelen aan te schaffen, zoals een optische tafel, optische rail en een pinhole. Met deze hulpmiddelen kan beter onderzocht worden of de stralen uit de probes nog goed zijn uitgelijnd, of kunnen de stralen nog beter worden uitgelijnd met behulp van een beam-translator. In dit experiment zijn de stralen van de 1D-probe met beam-translator enkele keren opnieuw uitgelijnd, waarbij de probe in de opstelling hing. Deze uitlijning ging moeizaam als gevolg van de gebrekkige hulpmiddelen en gebrek aan ruimte.

I

I

lD-probe

Het is wenselijk dat de stralen in de lD-probe beter worden uitgelijnd door de fabrikant DANTEC. De uitlijning van de stralen in de probes kan niet eenvoudig worden gewijzigd, omdat de stralen in de fabriek worden uitgelijnd, waarnaar de bevestigingen worden vastgelijmd. Als het goed is moeten de stralen na de lens op de probe elkaar snijden. Als dit niet of gedeeltelijk het geval is, is het meetsignaal uit deze probe afwezig of zeer slecht. De incorrecte uitlijning van de stralen kan worden gecorrigeerd met behulp van een beam-translator. Een beam-translator bestaat uit vier kleime prisma's die in twee richtingen met behulp van twee schroefjes kan worden bewogen. Deze afstelling met schroefjes kan onder invloed van trillingen veranderen, waardoor de probe opnieuw moet worden uitgelijnd. De uitlijning van de stralen 2D-probe, die in de fabriek wel goed is uitgelijnd, verlopen niet. Deze ervaring leert dat de stralen in de probe goed kunnen worden uitgelijnd en dat een goed-uitgelijnde probe minder uitlijn-inspanning vergt tijdens de experimenten.

I

I

2D of 3D

Het maken van een 3D-meetvolume kost veel insteltijd tijdens de metingen. Daarom is het wenselijk zoveel mogelijk 2D-snelheden te meten en alleen in speciale stromingen of posities 3D-snelheden te

meten.

I

Deeltjestoevoeger

Het is wenselijk een andere deeltjestoevoeger te gebruiken dat het water minder vervuilt. De gebruikte Latex-lijm is een geschikte deeltjestoevoeger voor LDA-metingen in water. Echter, de latex klontert, vormt vellen op het wateroppervlak en hecht zich aan de gootwanden. Tevens is de invloed van deze visceuze stof op de viscositeit van het water onbekend.Opgrond hiervan is wenselijk een alternatieve

deeltjestoevoeger te zoeken dat de opstelling niet vervuild en geen invloed heeft op de viscositeit.

I

I

Drie-dimensionale Laser-Doppier Snelheidsmetingen in de bochlgoot

_Literatuur

Literatuur

Referenties

I

Booij, R., 1985, Eddy viscosity in channel bends, Proceedings of the International Symposium on Refined Flow Modelling and Turbulence Measurements, Iowa City, pp. E21-1-10.

Booij,

R.,

en J. Tukker, 1993, Veiligheidsrapport voor de LASER-DOPPLER-meetopstelling bij de BOCHTGOOT in het Laboratorium voor Vloeistojmechanica; Laboratium voor Vloeistofmechnica, TU-Delft, rapport 94-15.

I

Booij, R. en J. Tukker, 1994, 3-Dimensional Laser Doppier measurements in a curved

flume

,

Proceedings Seventh International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics, Lissabon, p. 28.5.1-8.

Handleidingen

I

Installation and Reference Manual, 60X Fiberjlow Series, Dantee Elektronik, Denmark.

User's Guide, 57N20/57N35 BSA enhanced, Dantee Measurement Technology AIS, Denmark.

BURSTware1M User's Guide, 1990, Dantee Elektronik, Denmark.

I

DMC-700 Technical Reference Gulde, Vers ion 1.3, 1990, Galid Motion Control, Inc, Sunnyvale.

Handleiding laser: Innova 90, fabrikant: Coherent.

I

I

I

I

Drie-dimensionale Laser-Doppier Snelheidsmetingen in debochtgoot Bijlage A

Bijlage A. Werkprocedures

A.I Het vullen van het glazen-prisma met zuurstof-arm water

I

Produktie zuurstofarm water:

1. Vul het vacuümvat voor ongeveer 3/4 met kraanwater.

2. Zuig de lucht in het vat met een vacuümpomp weg.

3

.

Laat het vat onder vacuüm een nacht staan.

4. Open voorzichtig en langzaam de luchtkraan aan de bovenzijde om de onderdruk inhet vat op te heffen.

I

Toelichting:

ad.

3

Door de lage druk boven het wateroppervlak ontstaan in het water kleine belletjes die

langzaam uit het water stijgen.

I

Vullen prisma:

1. Kantel het prisma zo dat het piJpJe vertikaal staat. Sluit de onderste opening aan de

uitstroomopening van het vacuümvat met een flexibele slang. Zorg ervoor dat de bovenste

opening open is, zodat de lucht in het prisma tijdens het vullen weg kan..

2. Plaats het vacuümvat op de vorken van een heftruck.

3.

Zet het vacuümvat open en til het voorzichtig op.

4. Als het water niet meer stroomt, til het vat langzaam een klein stukje

op.

5

.

Als het prisma gevuld is en alle luchtbellen eruit zijn, sluit de slangetjes aan het beide zijde van

het pijpje af met de slangklemmen. Koppel het vat los

Het prisma is gereed voor montage in de meetopstelling.

I

Toelichting:

ad.

3

Het water stroomt langzaam het prisma in. De stroming mag niet turbulent worden om

vermenging van het water met lucht zoveel mogelijk te voorkomen.

I

I

I

heftruck watemiveau

t

I

Drie-dimensionale Laser-Doppier Snelheidsmetingen in de bochtgoot _{Bijlage A}

I

A.2 Traverseersysteem

Plaatsing

1. Plaats het traverseersysteem met de X-as evenwijdig aan de lengteasvan het prisma.

2. Zet daarna is de kar waarop het traverseersysteem staat horizontaal op zijn steunen. Gebruik

hierbij een nauwkeurige waterpas.Controleer of de X- en Y-as ook horizontaal (waterpas) staan.

3

.

Controleer of de X-as nog evenwijdig aan de lengteas van het prisma staat.

4. Stel de eindschakelaars met de bijbehorende bedieningsstaven in. Test deze beveiliging uitvoerig,

voordat de probes worden geplaatst.

5.

Plaats de probes in de daarvoor bestemd houders. Let daarbij wel op dat de glasvezelkabels vrij kunnen bewegen.

6.

Controleer of de stralen loodrecht op de prismavlakken vallen. Indien nodig, kantel het

traverseersysteem iets om haar lengteas.

7. Controleer daarna of de X-as nog evenwijdig staat aan de lengteas van het prisma.

8. Test de werking van de eindschakelaars nogmaals en controleer de bewegingsruimte voor de

probes of die voldoende is om het hele meetvlak door te meten.

I

I

toelichting:

ad 1. Zorg ervoor dat de probes het hele meetvlak kunnen bereiken.

ad 4. De constructie en de bodemvan de goot en het prisma beperken de bewegingsvrijheid van de

probes. Botsingen van de probes met de goot of ander obstakels moeten worden vermeden.

Daarom zijn enkele korte bedieningsstaafjes voor de bediening van de eindschakelaars

vervangen voor langere exemplaren. De eindschakelaars moeten de beweging van het

traverseersysteem stoppen als de probes dichtbij een obstakel komen.

ad 5. Tijdens traverseerbewegingen mogen de glasvezelkabels niet klem raken of onder spanning

komen staan. Een vrije ophanging in een lus van de fiber voorkomt dit.

ad 6. De lens is van de probe geschroefd; de stralen komen evenwijdig aan de optische as uit de

probe. Met behulp van een winkelhaak zijn afwijkingen van loodrechte inval duidelijk waar te nemen.

ad 7. Met de probes in de houders dienen de snelheden van de assen laag te zijn. De adviessnelheid is 10 mm/s.

I

I

Startprocedure

1. Activeer deremmen op alle assen.

2. Schakel de controller van hettraverseersysteem in.

3. Ontkoppel na enkele seconden de remmen op alle assen.

4. Wacht tot alle rode fout-ledjes nietmeer branden.

5. Controleer met het commandoTP (TeIl Position)of het systeem inde nulpositie staat.

Het traverseersysteem isklaar voor gebruik.

I

Stopprocedure

1. Stop alle traverseerbewegingen en ontkoppel de remmen van alle assen.

2. Positioneer alle assen in het punt(0.0000,0.0000,0.0000,0.0000).

3. Controleer met het commandoTP (TeIlPosition)of de nulpositie bereikt is. 4. Wacht tot alle rode fout-Ledjes niet meer branden.

5. Activeer de remmen op alle assen.

6. Indien er weer een of meer fout-ledjes branden, ontkoppel de remmen en herhaal stap 4 en 5.

7. Controleer met het commando TP (TeIl Position) of de nulpositie bereikt is.

8. Schakel de controller van het traverseersysteem uit.

I

I

I

Drie-dimensionale Laser-Doppier Snelheidsmetingen in(Übochigoot BijlageA.

Figuur A.2. Het zoekpad van de naald naar het

Toelichting: snijpunt van twee laserstralen.

De

+

-straal is de straal van een meetrichting

die 40 MHz in frequentie is verschoven (met de Bragg-cel), De --straal is niet in frequentie verschoven.

ad. 1 Kijk uit voor reflecties van de stralen op de naald. In het snijpunt van de stralen neemt de lichtintensiteit toe.

ad. 2

Op

deze manier is de positie van de straal gemakkelijker te vinden.

ad. 4 Ligt het snijpunt links of rechts de naald? Hieruit volgt in welke richting de naald bewogen moet worden.

ad. 5 Als de naaldpunt een straal bedekt, is de naaldpunt zichtbaar in de projectie van de straal op het plafond of op een wand. Deze afbeelding van de naald is niet scherp. Als het snijpunt gevonden is, wordt de naald in zijn lengterichting bewogen van de stralen af. Als de naald in het snijpunt zit, valt de bedekking van alle stralen in één keer weg. Als de naald langzaam wordt terug bewogen, moeten alle stralen weer tegelijk worden geraakt.

A.3 Instelling 3D-meetpunt

I

Zoekprocedure snijpunt twee stralen

1. Zet de laser op laag vermogen en/of plaats een bundelverzwakker in de laserbundel.

2. Zoek eerst met het dikkere gedeelte van de naald naar de

+

-straal.

3. Bepaal de positie van de naald ten opzichte van het snijpunt.

4. Beweeg de naald in de richting van het brandpunt, zo dat de straal bedekt blijft.

Stop hiermee als de beide stralen (+ en -) tegelijk en zo volledig mogelijk bedekt zijn (zie figuur A.2).

5. Positioneer de naald zo dat de naaldpunt net de

+

-straal bedekt.

6. Herhaal stap 4 totdat de naaldpunt beide stralen tegelijk en zo volledig mogelijk bedekt.

Het snijpunt van de stralen valt nu op de punt van de naald .

I

I

I

I

I

Instelling 3D-meetpunt

• lIUldpuDt + ~

...

.

+

1. Zorg voor stilstaand water in de goot.

2. Positioneer de probes op de gewenste hoogte (Z-as).

4. Zoek het snijpunt van de stralen uit de eerste probe (zie bovenstaande procedure).

5. Noteer de standen van peilnaald en microtafeis. 6. Zoek het snijpunt van de stralen uit de tweede probe.

7. Vergelijk deze positie van peilnaald en micrometertafeis met die van stap 5 en bepaal hieruit de verplaatsingen van de probes.

8. Herhaal stap 4 tot 7 in de nieuwe positie tot beide snijpunten samenvallen.

I

Toelichting:

ad. 1 In stromend water zorgen kleine golfjes aan wateroppervlak voor vage en bewegende projecties van de stralen.

ad. 7 Zorgen er eerst voor dat de brandpunten van de twee probes dichtbij elkaar en op gelijke hoogte liggen. Daarna volgt de fijnregeling met kleine verplaatsingen.

ad. 8 De punt van de naald bedekt alle stralen tegelijk.

Drie-dimensionale Laser-Doppier Snelheidsmetingen inde bochtgoot _{Bijlage A}

I

A.4 Handelingen tijdens 3D-LDA-metingenin de bochtgoot

1. Schakel allereerst de apparatuur in: de laser (met koeling), de beveiliging van het meethok, de BSA's, het traverseersysteem en de computers.

2. Vul de goot met ongeveer 10 cm stilstaand water.

3. Verplaats de probes naar het midden van de goot (positie X = 515) en op de gewenste hoogte (Z-as).

4. Positioneer de probes zo dat alle stralen elkaar in één punt snijden

aan

de hand van § A.3. Noteer de posities van de probes op het meetblad..

5. Doe de eerste ijkmeting van de EM-snelheidsmeter.

6. Schakel de circulatiepomp

aan

en wacht vijf minuten.

7. Meet de waterhoogte met de peilnaald. Noteer deze gegevens op het meetblad.

8

.

Meet de positie van de bodem en het wateroppervlak met de 2D-probe door de probe langs de Z-as te verplaatsen op een vaste X- en Y-positie en te kijken naar de veranderingen van de meetfrequentie van meetrichting

O

.

Noteer deze gegevens op het meetblad.

9. Verplaats de probes naar de meetpositie in het midden van de goot (het resultaat van stap 4). 10. Stelhetlaservermogenop 2 Watt enstel de versterkingen van het meetsignaal in (BSA-stellingen)

met het doel een hoge meetfrequentie (tot ongeveer 250 Hz, indien mogelijk) te krijgen. Let

hierbij ook op de kwaliteit van het meetsignaal

aan

de hand van de validatie en de vorm van de burst-signalen op de oscilloscoop.

11. Schakel de hardware-coïncidentie in en noteer de meetfrequentie (data rate). Indien deze lager is dan 2 Hz moeten de probes opnieuw worden uitgelijnd (stap 4).

12. Pas de lijst met traverseerposities aan voor een meting uit de serie B3DSP (éénpuntsmeting). 13. Start de éénpuntsmeting (duur: 10 minuten).

14. Start het DACON-programma voor de EMS-metingen (1000 metingen/sec, periode: ±4 uur) 15. Pas de lijst met traverseerposities aan voor een lange meting uit de serie B3DVE (37 punten langs

een horizontaal lijn). Maak op de harde schuif ruimte voor 40 Mbyte.

16. Start de lange meetserie (duur ±4,5 uur).

17. Na afloop van de meting kopieer de meetgegevens van de harde schijf van de meetcomputer naar een speciale transport-schijf (van 40 Mbyte) (tijdsduur: half uur voor 40 Mbyte).

18. Herhaal de ijkmeting voor de EMS.

19. Kopieer de inhoud van de transport-schijf naar deverwerkingscomputer.

20. Indien er nog een meetserie wordt gestart, herhaal de procedure vanaf stap 2.

21. Schakel de laser uit ensluit de waterkoeling vijf minuten later af.

22. Schakel het traverseersysteem uit aan de handvan de stopprocedure (zie § A.2).

23. Schakel de apparatuur uit: computers, BSA's, beveiliging van het meethok en de pomp.

24. Bewerk de meetgegevens met een coïncidentie-filter van 1ms op een verwerkingscomputer.

Meetseries die na dit filter een meetfrequentie lager dan 1 Hz overhouden moeten (helemaal of gedeeltelijk) worden herhaald.

25. Kopieer de meetgegevens in blokken van enkele meetseries op twee opslagbanden (van 2 Gbyte): een werk- en een reserveband.

I

I

I

I

I

I

Toelichting:

ad. 1 Daarbij moet tegelijk gecontroleerd worden of het traverseersysteem start op de juiste

nulpositie.

ad. 3 Het traverseersysteem kan uit oogpunt van veiligheid het beste bediend worden vanaf een computer in het meethok Er kan dan direct worden ingegrepen als er iets mis gaat,

bijvoorbeeld als gevolg van een verkeerd commando. ad. 5 De EMS staat in een plastic bekergevuld met water.

ad. 8 Het meetsignaal verdwijnt als het meetvolume buiten het stromende water komt.

ad. 10 Hierbij wordt gebruik gemaakt van de BSA-instellingen van de vorige meetserie. Slechts enkele parameters die betrekking hebben op de signaalversterking worden gewijzigd. De belangrijkste instellingen van de BSA's staan vermeld op het meetblad.

ad. 12 Dit betreft de Y- en Z-coördinaten. De W-as is niet automatisch aangestuurd vanaf de

I

I

I

Drie-dimensionaleLaser-DoppierSnelheidsmetingenin de bochtgootmeetcomputer in de meetkar . BijlageA

ad 16 De meettijd per meetpunt is zes minuten.Verplaatsing naar een nieuw meetpunt duurt een

minuut.

ad 25. Berg de reserveband buiten het laboratorium veilig op.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

Drie-dimensionale Laser-Doppier Snelheidsmetingen

_{Bijlage B. Instellingsnauwkeurigheden}

in de bochtgoot Bijklge B

B.I Traverseersysteem

I

nulpuntsschakelaarsOp elke as van het traverseersysteem DMC-704 is een referentiesschakelaar (HOME) aanwezig. De opzet hiervan is een vaste referentiepositie (0,0,0,0) vast te stellen. Er zijn twee commando's: HM (home) en FE (find edge), waarop de controller de traverseerassen naar de referentieschakelaars stuurt. De status van deze schakelaars (van

°

naar 1 of andersom) worden gewijzigd als ze ingedrukt worden. Op grond van deze statuswijziging stopt de controller de desbetreffende as. Bij het HM-commando wordt die positie dan op nul gezet. (zie de handleiding voor meer details over deze commando's).

De nauwkeurigheid van de schakelaars is van te voren getest, omdat de nauwkeurigheid van de absolute posities wordt bepaald door de nauwkeurigheid van de referentiepositie (0,0,0,0). In deze tests werden de vier assen voor de eerste keer met commando FE naar de referentieschakelaars gestuurd. Deze positie werd als referentiepositie ingesteld met het commando RS (reset). Daarna werden alle assen 10 cm verplaatst en werd het commando FE herhaald. De coördinaten van de nieuwe positie waren een maat voor de onnauwkeurigheid van deze instelling van de nulpositie. Dit was enkele malen herhaald. Uit deze tests is gebleken dat bij een bewegingssnelheid van 1 mm/s en bij dezelfde startstatus van de nulpuntsschakelaars de onnauwkeurigheid in de referentieposities ongeveer 0,1 mm is. Verschillende startsnelheden: 0,1 mm/s, 1 mm/s en 10 mm/s hebben verschillen in referentiepositie van 0,5 mm tot gevolg. Het FE-commando was herhaald als de assen zich op nog de nulpuntsschakelaars bevinden. De posities van alle vier assen veranderen 1 tot 2 mm (l), omdat de controller reageert op een verandering van de status van de nulpuntsschakelaar . Dit hysterese-verschijnsel is het gevolg van de traagheid van de schakelaars.

Voor de afstelling van 3D-meetpunt een nauwkeurigheid vereist van 0,01 mm (10 #Lm). De meetposities dienen reproduceerbaar te zijn binnen een fout van 0,1 mmo Voor het bepalen van de absolute referentiepositie zijn de referentieschakelaars dus niet bruikbaar. Tijdens dit experiment is aan het eind van elke meetdag het traverseersysteem naar de nulpositie (0,0,0,0) verplaats aan de hand van de stopprocedure (zie bijlage §A.2).

I

I

I

I

_{Afwijkingen in de referentiepositie}

Enkele keren tijdens dit experiment is de bovengenoemde stopprocedure (bijlage § A.2) niet juist gevolgd: Op 12 januari 1994 is de Z-as enkele centimeters gedaald na het uitschakelen van de controller, omdat de as niet op de rem stond. Op 3 februari zijn de traverseerassen aan het einde van

I

Tabel B.I.De posities van de probes na uitlijning op de vaste naald buiten de goot, in

traverseercoordinaten.

I

datum X Y Z W opmerkingen

[mm] [mm] [mm] [mm]

16 december 100,6050 -3,6013 26,0125 111,4625

12 januari 100,8000 -3,6013 -68,9888 111,4625 voor positiecorrectie

13 januari 100,8000 -3,6013 26,0125 111,4625 na positiecorrectie

31 januari 100,6050 3,6013 26,6125 112,7125 herhaling uitlijning

4 februari 79,8900 -6,3013 24,2625 111,2625 voor positiecorrectie

4 februari 100,6050 -3,601 26,0125 111,4625 na positiecorrectie

Drie-dimensionale Laser-Doppier Snelheidsmetingen in de bochtgoot _{Bijlage B}

I

de dag naar de home-positie gestuurd met het commando HM, in plaats van naar de nulpositie.

Daarna is controller uitgeschakeld.

Een positiecorrectie is bepaald door de probes te richten op de vaste naald buiten de goot, waarbij

alle stralen elkaar snijden op de punt van de naald. De correctie volgt uit vergelijking van de positie

van de probes met de resultaten van de uitlijning verricht op

16

december 1993.Daarna is met deze

correctie de oude referentiepositie hersteld.In onderstaande tabel B.l staan coördinaten van de assen

na uitlijning op de vaste naald buiten de goot. Deze uitlijning is volledig in lucht. (zie ook § B.3)

Op 23 februari schoot het systeem tegen de bochtgoot

aan,

omdat een eindschakelaar van de X-as

weigerde. Het traverseersysteem is teruggezet door eerst de eindschakelaar te verwijderen en daarna

de X-as terug te plaatsen.

I

B.2 Beam-translator Op de lD-probe

I

De beam-translator op de lD-probe is enkele keren (op 25 januari en 4, 8 en 14 februari) opnieuw

ingesteld, nadat de kwaliteit van het meetsignaal was verlopen. Dit verloop was merkbaar aan een

daling van meetfrequentie en de validatie. Na deze afregeling van de beam translator was het

meetsignaal duidelijk beter met een hogere validatie en meetfrequentie. Op

8

februari steeg de validatie van 8% naar 100% en op 14 februari verbeterde het signaal van de meetfrequentie van 25

Hz en een validatie van 30 % naar 200 Hz en 80%.

Op 17 februari is de 'beam-translator' vervangen door een andere, wegens een defect schroefje

dat nog maar één kant op wilde draaien. Beide beam-translators waren ingesteld op een maximale

afstand tussen de stralen (volgens specificaties:40 mm).

I

B.3 Uitlijning van de stralen

I

Uitlijning in lucht

Om de probes op dezelfde hoogte in hun houders te plaatsen zijn de stralen gericht op de punt van

de vaste naald buiten de goot. Deze uitlijning heeft in lucht plaatsgevonden. Het is niet helemaal

gelukt om alle stralen tegelijk op deze naaldpunt te laten vallen, omdat kleinst mogelijke verschuiving

van de probes in hun houders ongeveer 1

mm

is.(De probes zijn namelijk met de hand verschoven.)

De probes zijn zo gepositioneerd dat de naaldpunt de stralen uit de 2D-probe (1-1

+

,2-,2

+)

bedekt en tussen de stralen uit de lD-probe (3-,3

+

)

zit. Hierbij ligt het snijpunt van de stralen uit de

lD-probeboven de naald.. De horizontale afstand tussen de twee lD-stralen is dan 0,1 mmoHieruit volgt dat het lD-brandpunt 0,67 mmboven hetsnijpunt vande stralen uitde 20-probe ligt. De coördinaten na uitlijning staan in tabel B.l.

I

I

Vertikale verplaatsing 3D-meetpunt

De vertikale verplaatsing van het 3D-meetpunt is nietgelijk aan de bijbehorende vertikale verplaatsing van de probes, als gevolg van de verschillenin brekingsindex van lucht en water. Metingen hieraan

zijn verricht in het midden van de goot(X = 515) op 27 november 1993.Oe vertikale positie van

het 30-meetpunt zijn gemeten met de peilnaald, waaraan de naald voor de uitlijning is gemonteerd.

De probes bewegen in de vertikale (Z-as) en een horizontale richting (Y- en W-as) om een

3D-meetpunt te construeren. Alle 3D-meetpunten liggen recht onder elkaar. In tabel B.2 staan de coördinaten van de probes (Y,

Z,

W) ende bijbehorende vertikale posities Z3Dvanhet30-meetpunt. Tussen de vertikale verplaatsingen van het meetpunt ~D en de vertikale verplaatsingen van de

probes llZ bestaat een lineaire verhouding, uitgedrukt in de constant K:

I

I

I

Drie-dimensionale Laser-Doppier Snelheidsmetingeninde bochtgoot Bijlage B

I

Stralen paden

De omrekingsfactor van een Doppler-frequentieverschuiving naar een snelheid hangt onder andere af van de tophoek tussen de stralen van een meetrichting in het meetvolume. Deze tophoek wordt berekend uit de richtingen van de stralen. En deze richtingen volgen uit metingen van paden van de stralen door enkele posities langs de stralen te meten. Deze metingen zijn verricht met een naald gemonteerd aan een peilnaald. De peilnaald staat op twee microverplaatsers met een bereik van 20

mm

voor de horizontale posities. Dit geheel staat op een houten schuif die op de zijwanden van de goot rust. De X-microtafel staat evenwijdig aan de X-as van het traverseersysteem en de Y-tafel staat hier loodrecht op.

De vertikale positie heeft een instelnauwkeurigheid van 0,01 mm als eerst de hoogte wordt ingesteld op een afgeronde waarde (bij voorbeeld: 54,00 mm). Daarna is de positie van een straal opgezocht door horizontale verplaatsingen met de micrometertafeltjes. De afleesfout van de peilnaald is 0,1

mm

en van de micrometers 0,001

mmo

I

I

I

I

I

Tabel B.2. De traverseercoördinatenvan de probes bij verschillende vertikale posities van het 30-meetpunt.

I

Probes 3D-meetpunt y _{Z W ZJD} [mm] [mm] [mm] [mm] 29,7725 23,9275 156,0875 39,6 29,3850 28,9275 155,2725 34,0 27,7388 33,9275 153,005 28,2 27,3038 38,9275 151,9150 21,4 26,5225 43,9275 150,5825 15,2 26,6325 48,9275 149,6125 9,5 26,0025 53,9275 148,4075 3,2

I

Drie-dimensionale Laser-Doppier Snelheidsmetingen in de boentgoot Bijlage B

I

Tabel B.3. Metingen van depositiesvan de stralen (positie van deprobes: (515;20;50;40) (in het midden van de goot); datum: 3 maart 1994;temperatuur van het water: 20°C).

straalnwnmer X- microtafel Y-microtafel peilnaald

[mm] [mm] [mm] 1+ 8,880 16,227 523,1 9,106 1,530 544,0 1- 9,065 1,779 542,7 9,110 12,627 521,4 2+ 11,217 15,014 521,4 8,470 4,003 540,00 2- 9,540 4,010 540,00 6,811 16,023 520,00 3+ 8,418 17,438 560,00 9,007 5,136 535,00 3- 9,048 4,808 535,00 8,300 19,389 560,00

I

I

I

Tabel B.4 Herhaalmeting van de positie van de 2-stralen; posities van de probes: (715;50,40,160) (in de binnenbocht van de goot).

I

straalnwnmer X- microtafel Y- microtafel peilnaald

[mm] [mm] [mm] 3 15,337 21,012 600,0 15,743 16,793 590,0 16,457 7,037 570,0 3 16,382 8,690 570,0 15,818 17,070 585,0 15,355 24,360 595,0

I

I

I

I