Velocimetrie obrazu částic (PIV)

Přístroj PIV poskytuje jedinečnou kombinaci neinvazivní měřicí techniky s 2D měřením rychlosti ve vysokém rozlišení v průřezu spreje. Mezi příklady projektů, které byly v minulosti realizovány ve společnosti Spraying Systems Co. s využitím částicové obrazové velocimetrie, patří detailní měření rychlosti v oblasti blízko výstupního otvoru prototypové trysky a 2D měření rychlosti spreje v příčném proudu pro validaci CFD.

• Charakterizace prototypu trysky
  Společnost Spraying Systems Co. vyvinula prototyp trysky pro konkrétního zákazníka. Za účelem vyhodnocení konstrukce chtěl inženýr změřit trajektorie kapek v oblasti blízko výstupního otvoru. Tryska měla jedinečnou konstrukci s vnějším dopadovým povrchem, což vyvolalo zvýšený zájem o dráhy kapek. Pomocí PIV byl osvětlen průřez rozstřiku v blízkosti impingementové plochy a byl změřen úhel rozstřiku opouštějícího impingementovou plochu. Tyto informace umožnily konstruktérovi provést úpravy, aby získal pro zákazníka požadovaný tvar a velikost rozstřiku.

• Ověření CFD postřiku v křížovém proudění
  Zákazník požádal společnost Spraying Systems Co. o provedení podrobného CFD modelování postřiku v jeho aplikaci, která zahrnovala křížové proudění plynu. Součástí tohoto úsilí bylo ověření metod a výsledků CFD, které bylo částečně provedeno měřením polohy a trajektorií kapek spreje při výstupu z trysky a jejich křížení s příčným prouděním plynů. Po ověření modelu byla aplikace, která se odehrávala v nebezpečném prostředí, modelována s jistotou, aby bylo zákazníkovi poskytnuto optimalizované celkové řešení postřiku.

Systém PIV využívá krátkotrvající pulzní laser, který prochází divergentní čočkou a osvětluje rovinný průřez spreje. Krátký laserový puls účinně zmrazí kapičky spreje na místě, kde jsou zobrazovány. Kapky rozptylují laserové světlo a kamera, která je spuštěna spolu s laserovým pulzem, snímá kapky v rovině laseru. K objektivu kamery je připojen pásmový světelný filtr, který propouští k CCD snímači pouze světlo o vlnové délce laseru, čímž v podstatě odstraňuje ze zorného pole všechny kapičky mimo rovinu.

Jak kapičky procházejí uvnitř laserového listu, pořizují se s velmi malým a známým časovým zpožděním dvojsnímky. Softwarový balík DaVis se pak používá ke spuštění řady křížových korelačních algoritmů pro určení posunu malých skupin částic. Kombinace známé vzdálenosti/směru posunu a známého časového zpoždění mezi dvojicemi snímků umožňuje přímý výpočet místní rychlosti. Tento postup se provede v celé oblasti obrazu a určí se rovinná reprezentace okamžitého rychlostního pole kapek. Obvykle se získá mnoho okamžitých rychlostních polí a použije se k vytvoření výsledku průměrného rychlostního pole souboru. Při měření PIV se jako rozprašovací médium obvykle používá voda.

Přístroj PIV poskytuje výsledky okamžitého pole rychlosti rozstřiku s vysokým prostorovým rozlišením. Okamžité výsledky mohou být zprůměrovány do středních hodnot. Systém může být spuštěn pro řešení přechodných efektů vývoje postřiku v průběhu několika cyklů. Neinvazivní povaha osvětlení průřezu postřiku laserovým paprskem umožňuje vysoce kvalitní planární měření rychlosti postřiku, což umožňuje detailní pozorování dvourozměrných charakteristik postřiku.

Systém PIV neposkytuje informace o velikosti kapek, proto se často používá ve spojení s jedním z mnoha přístrojů pro měření velikosti kapek, které poskytují dodatečnou charakterizaci.