PIV(Particle Image Velocimetry ) ist eine tomographische Bildgebungstechnik. Sie ermöglicht die Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Flüssigkeiten, die mit Partikeln (oder "Tracern") geimpft sind. Diese Tracer müssen den Bewegungen (räumlichen und zeitlichen Skalen) der untersuchten Flüssigkeit folgen. Darüber hinaus müssen sie in hoher Konzentration vorliegen und ausreichend Licht streuen (um leicht nachweisbar zu sein). Hier wird PIV vorgestellt, eine Lichtstreuungstechnik zur Charakterisierung einer Flüssigkeitsströmung.
Material und Methode für PIV
Um die Bewegung dieser Tracer von einem Bild zum nächsten einzufrieren, erfordert die Messung die Bildung von zwei Laserflaps. Darüber hinaus sind diese Lasermatten von sehr kurzer Dauer und überlagern sich mit einer geringen Zeitverschiebung Δt. Eine Kamera, die in einem Winkel von 90° zu ihnen aufgestellt ist, nimmt zwei aufeinanderfolgende Bilder auf. Eines für jeden Laserpuls der Strömung in dem beleuchteten Bereich. Die Verarbeitung der Bilder besteht darin, diese zu vernetzen und die Koeffizienten der Kreuzkorrelationen zu berechnen. Aus der Analyse jeder Kreuzkorrelation wird die wahrscheinlichste Strecke abgeleitet, die von den Partikeln während des Intervalls Δt zurückgelegt wurde. Dies geschieht für den entsprechenden Bereich der Strömung. So erhält man für jedes Paar aufgenommener Bilder eine zweidimensionale Kartierung des Geschwindigkeitsfeldes der Flüssigkeit. Ein Schema des Prinzips ist unten dargestellt.
Außerdem besteht eine PIV-Vorrichtung technisch gesehen und zusammengefasst aus den folgenden Elementen:
- einen Partikelgenerator (z. B. auf der Basis von Rauch aus kommerziellen Räucherstäbchen)
- einen Laser, dessen Strahl mithilfe herkömmlicher optischer Komponenten (Linsen, Kugel- und Zylinderform) geformt wird
- eine gekühlte hochauflösende Kamera mit einem telezentrischen Objektiv mit einer Vergrößerung von x1
- eine elektronische Kette für die Synchronisation, Aufnahme, Speicherung und Verarbeitung von Bildern.
Die optische Vergrößerung des optischen Systems ist fest. Der einzige Anpassungsparameter für die Messung der Geschwindigkeiten ist die Zeit Δt, deren Wert a priori geschätzt wird.
Beispiele für das Ergebnis
Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel für das Feld der Durchschnittsgeschwindigkeit (Vektoren) und der Vorticity. (1) Durchschnitt (Hintergrundfarben). Es handelt sich hierbei um einen Wassertropfen mit einem Anfangsdurchmesser von 1 mm, der in einer ruhenden Atmosphäre verdampft. Die Ergebnisse wurden über 60 Sekunden gemittelt, was etwa 500 momentanen Feldern entspricht. Der Wassertropfen schwebt akustisch. Die Wirbel um den Tropfen herum werden durch das akustische Feld induziert. Wenn Sie weitere Informationen zu diesem Thema wünschen, zögern Sie bitte nicht, uns zu kontaktieren.
Schlussfolgerung
Imasolia bietet seine PIV-Expertise an, um jede Art von Flüssigkeitsströmung auf nicht-intrusive Weise in der Industrie oder im Labor zu charakterisieren. Zögern Sie nicht, uns über unser Kontaktformular von Ihrem Projekt zu erzählen. Wir würden uns freuen, unsere Fähigkeiten für Ihre Anwendung einzusetzen.
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(1) Intensität der Rotation
