Medición de Velocimetría por Resonancia Magnética de Flujos Viscosos a través de Medios Porosos: Comparación con Simulación y Estudio del Tamaño de Vóxel
Autores: Bruschewski, Martin; Flint, Sam; Becker, Sid
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Los estudios que utilizan velocimetría por resonancia magnética (MRV) para evaluar flujos a través de medios porosos requieren un tamaño de voxel suficientemente pequeño para determinar el campo de velocidad a una escala sub-poro. Cuanto más pequeño es el tamaño del voxel, menos información se pierde a través de la discretización. Sin embargo, la incertidumbre de medición y el tiempo de medición aumentan. Conocer la relación entre el tamaño del voxel y la precisión de la medición ayudaría a los investigadores a seleccionar un tamaño de voxel que no sea demasiado pequeño para evitar un esfuerzo de medición innecesario. Este estudio presenta un estudio sistemático de parámetros con un flujo de número de Reynolds bajo de una mezcla de glicerol y agua enviada a través de una matriz porosa periódicamente regular con un tamaño de poro de 5 mm. La matriz era una impresión en polímero tridimensional, y se realizaron mediciones de MRV codificadas por velocidad en 15 tamaños de voxel diferentes entre 0.42 mm y 4.48 mm. La precisión base de los datos de velocidad de MRV se examinó a través de una comparación con una simulación de dinámica de fluidos computacional (CFD). El experimento y la simulación muestran muy buena concordancia, indicando un bajo error de medición. A partir del tamaño de voxel más pequeño examinado, se examinó la influencia del tamaño del voxel en la precisión de los datos de velocidad. Este experimento nos permite concluir que un tamaño de voxel de 0.96 mm, que corresponde al 20% del tamaño del poro, es suficiente. Los resultados promediados por volumen no cambian por debajo de un tamaño de voxel del 20% del tamaño del poro, mientras que ocurren desviaciones sistemáticas con voxeles más grandes. La misma tendencia se observa con los datos de velocidad local. Las líneas de corriente calculadas a partir de los datos de velocidad de MRV no se ven influenciadas por el tamaño del voxel para voxeles de hasta el 20% del tamaño del poro, e incluso voxeles ligeramente más grandes aún muestran buena concordancia. En resumen, este estudio muestra que incluso con una resolución de medición relativamente baja, se pueden obtener campos de velocidad tridimensionales cuantitativos a través de sistemas de flujo porosos con tiempos de medición cortos y baja incertidumbre de medición.
Descripción
Los estudios que utilizan velocimetría por resonancia magnética (MRV) para evaluar flujos a través de medios porosos requieren un tamaño de voxel suficientemente pequeño para determinar el campo de velocidad a una escala sub-poro. Cuanto más pequeño es el tamaño del voxel, menos información se pierde a través de la discretización. Sin embargo, la incertidumbre de medición y el tiempo de medición aumentan. Conocer la relación entre el tamaño del voxel y la precisión de la medición ayudaría a los investigadores a seleccionar un tamaño de voxel que no sea demasiado pequeño para evitar un esfuerzo de medición innecesario. Este estudio presenta un estudio sistemático de parámetros con un flujo de número de Reynolds bajo de una mezcla de glicerol y agua enviada a través de una matriz porosa periódicamente regular con un tamaño de poro de 5 mm. La matriz era una impresión en polímero tridimensional, y se realizaron mediciones de MRV codificadas por velocidad en 15 tamaños de voxel diferentes entre 0.42 mm y 4.48 mm. La precisión base de los datos de velocidad de MRV se examinó a través de una comparación con una simulación de dinámica de fluidos computacional (CFD). El experimento y la simulación muestran muy buena concordancia, indicando un bajo error de medición. A partir del tamaño de voxel más pequeño examinado, se examinó la influencia del tamaño del voxel en la precisión de los datos de velocidad. Este experimento nos permite concluir que un tamaño de voxel de 0.96 mm, que corresponde al 20% del tamaño del poro, es suficiente. Los resultados promediados por volumen no cambian por debajo de un tamaño de voxel del 20% del tamaño del poro, mientras que ocurren desviaciones sistemáticas con voxeles más grandes. La misma tendencia se observa con los datos de velocidad local. Las líneas de corriente calculadas a partir de los datos de velocidad de MRV no se ven influenciadas por el tamaño del voxel para voxeles de hasta el 20% del tamaño del poro, e incluso voxeles ligeramente más grandes aún muestran buena concordancia. En resumen, este estudio muestra que incluso con una resolución de medición relativamente baja, se pueden obtener campos de velocidad tridimensionales cuantitativos a través de sistemas de flujo porosos con tiempos de medición cortos y baja incertidumbre de medición.