Particle Image Velocimetry

PARTICLE IMAGE VELOCIMETRY

Die Particle Image Velocimetry (PIV) ist eine optische Methode, die in der Strömungsvisualisierung und in der Strömungsdynamikforschung weit verbreitet ist. PIV liefert detaillierte Messungen von Geschwindigkeiten, Vektoren und verwandten Eigenschaften in Flüssigkeiten.

Die Technik wird eingesetzt, um die zeitabhängigen Geschwindigkeitsverteilungen in einem Field-Of-View (FOV) von sehr schnellen, turbulenten und komplexen Ein- und Mehrphasenströmungen zu ermitteln. PIV ist sehr nützlich für die Analyse von turbulenten Strömungen, instationären Strömungen, Mikroströmungen und 3D-Volumenstromstudien. Die hohe zeitliche Rate ermöglicht beispielsweise die Visualisierung der laminaren Trennblase in der Strömung über einem Tragflügel, der turbulenten Strömung in der Nähe eines Objekts oder der komplexen Strömungen in Bioreaktoren.

Um die Visualisierung einer Strömung zu erleichtern, ist es bei den meisten Anwendungen erforderlich, die Strömung mit Tracerpartikeln zu impfen. Diese Tracerpartikel werden in der Strömung sehr gut sichtbar, wenn sie mit einem Laserblatt oder -punkt beleuchtet werden. Die Dauer der Laserbeleuchtung ist sehr kurz, so dass jede Bewegung leicht gestoppt werden kann. Wenn die Laserbeleuchtung ausgeschaltet ist, ist das Bild völlig dunkel. Der kurze, intensive Laserpuls bietet einen hervorragenden Kontrast zu den Tracerpartikeln nach dem Einfangen. Die Tracerpartikel können dann auf ihre Bewegung in der Strömung verfolgt werden, wobei jedes Bild auf die Position dieser Partikel als Funktion der Zeit analysiert wird. Die Kenntnis der genauen Zeit zwischen den doppelten Laserpulsen liefert eine Referenz für den Abstand und die Richtungsänderung zwischen diesen Partikeln in der Bildsequenz. Die Partikel werden als eine Reihe von Geschwindigkeitsvektoren aufgezeichnet, die die Strömung zu einem bestimmten Zeitpunkt darstellen.

Seit Jahren wird die Hochgeschwindigkeitsbildgebung in den folgenden Branchen für PIV-Forschung und -Analyse eingesetzt: Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Biotechnologie und Medizin, Schiffsantriebe und Elektronik. Es gibt mehrere Unternehmen, die Hochgeschwindigkeitskameras herstellen. Wie entscheiden Sie also, von welchem Unternehmen und welches Kameramodell Sie kaufen sollen? Beim Kauf einer Hochgeschwindigkeitskamera für PIV-Anwendungen sind einige Faktoren zu berücksichtigen, darunter Bildrate, Lichtempfindlichkeit, Auflösung und Interframe-Zeit.

Phasenbild-basierte Particle Tracking Velocimetry mit digitaler holografischer Mikroskopie

Es wird ein dreidimensionales Partikeldetektionsverfahren mit Phasenbild für ein Partikelverfolgungs-Velocimetriesystem zur Messung der Geschwindigkeitsfelder entwickelt. Die Genauigkeit der vorliegenden Methode wird anhand der Messung der Poiseuille-Strömung demonstriert.

Tomographische Particle-Image-Velocimetry-Analyse des Einflusses von künstlich eingeleiteten Schallwellen auf die transonische Buffetströmung

In dieser Studie soll untersucht werden, wie die Rückkopplungsschleife, die zur Buffetströmung führt und deren stromaufwärts gerichteter Teil der Hinterkantenlärm ist, durch künstlichen Lärm beeinflusst werden kann, der in die Strömung im Hinterkantenbereich eines überkritischen Profils unter Buffetströmungsbedingungen eingebracht wird. Die Strömung des Tragflügels wird bei einer Freiströmungs-Machzahl von M∞ = 0,73, einem Anstellwinkel von α = 3,5° und einer sehnenbezogenen Reynoldszahl von Re∞ = 1,89∙106 untersucht. Schallwellen mit einer wohldefinierten Frequenz fsound und Variation des Schalldruckpegels (SPL) mit einer Frequenz von fSPL werden von einem Lautsprecher stromabwärts des Profils erzeugt. Mit zeitaufgelöster tomographischer Particle-Image-Velocimetry und instationären Druckmessungen wird das instationäre transsonische Buffetströmungsfeld mit und ohne künstliche Schallwellen untersucht, um deren Einfluss auf das Buffetphänomen zu quantifizieren.

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Hydrodynamische Struktur einer blasigen Strömung in einem ringförmigen Kanal: experimentelle Studie mittels PIV/PFBI/PTV

In diesem Beitrag wurde eine experimentelle Untersuchung der lokalen Struktur einer blasigen Aufwärtsströmung in einem ringförmigen Kanal mittels einer Kombination von PIV/PFBI/PTV-Techniken durchgeführt. PIV wurde zur Messung von Geschwindigkeitsverteilungen und turbulenten Eigenschaften in der kontinuierlichen Phase eingesetzt, PFBI zur Visualisierung von Blasen in der Strömung und zur Bewertung ihrer Positionen und Größen und die einfachste PTV-Methode zur Bestimmung der Blasengeschwindigkeiten. Die Strömung wurde bei einer Reynolds-Zahl von 12.500 und verschiedenen Hohlraumanteilen β = 0, 1 und 2 % untersucht. Der mittlere Luftblasendurchmesser wurde für alle β auf etwa 0,8 mm geschätzt. Es wurde beobachtet, dass die Blasenkonzentration in der Nähe der Kanalwände zunimmt. Die Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen wurde an verschiedenen Stellen des Ringkanals gemessen und es wurde festgestellt, dass sie für die Blasen, die sich im zentralen Teil des Kanals bewegen, wesentlich höher ist.

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