Velocimetría de imágenes de partículas (PIV)

El instrumento PIV proporciona una combinación única de una técnica de medición no intrusiva con una medición de velocidad 2D de alta resolución a través de una sección transversal de pulverización. Ejemplos de proyectos anteriores en los que se utilizó la velocimetría de imágenes de partículas en Spraying Systems Co. incluyen mediciones detalladas de la velocidad en la región del orificio de salida de un prototipo de boquilla, y la medición de la velocidad 2D de una pulverización en flujo transversal para la validación del CFD.

• Caracterización de la boquilla prototipo
  Spraying Systems Co. desarrolló una boquilla prototipo para un cliente específico. Para evaluar el diseño, el ingeniero quería medir las trayectorias de las gotas en la región del orificio de salida. La boquilla tenía un diseño único con una superficie de impacto externa, lo que provocó un mayor interés en las trayectorias de las gotas. Se utilizó el PIV para iluminar una sección transversal del chorro cerca de la superficie de impacto, y se midió el ángulo del chorro que salía de la superficie de impacto. Esta información permitió al ingeniero de diseño realizar modificaciones para obtener la forma y el tamaño de la pluma de pulverización deseada por el cliente.

• Validación CFD de pulverización e
  n flujo cruzado Un cliente pidió a Spraying Systems Co. que realizara un modelado CFD detallado de una pulverización en su aplicación, que incluía un gas de flujo cruzado. Parte de este esfuerzo requería una validación de los métodos y resultados CFD, lo que se hizo, en parte, midiendo la ubicación y las trayectorias de las gotas de pulverización cuando salían de la boquilla y se cruzaban con los gases de flujo cruzado. Después de validar el modelo, la aplicación, que tuvo lugar en un entorno peligroso, se modeló con confianza para proporcionar al cliente una solución de pulverización total optimizada.

El sistema PIV utiliza un láser pulsado de corta duración, que pasa a través de una lente divergente, para iluminar una sección transversal plana del aerosol. El breve pulso del láser congela las gotas de la pulverización en su lugar mientras se obtienen las imágenes. Las gotas dispersan la luz del láser y una cámara, que se dispara con el pulso del láser, toma imágenes de las gotas dentro del plano del láser. En la lente de la cámara se coloca un filtro de luz de paso de banda que permite que sólo la luz de la longitud de onda del láser pase al sensor CCD, eliminando esencialmente de la vista todas las gotas fuera del plano.

A medida que las gotas se desplazan dentro de la hoja del láser, se adquieren imágenes de doble cuadro con un retraso de tiempo muy pequeño y conocido. El paquete de software DaVis se utiliza entonces para ejecutar una serie de algoritmos de correlación cruzada para determinar el desplazamiento de pequeños grupos de partículas. La combinación de una distancia/dirección de desplazamiento conocida y un retardo de tiempo conocido entre pares de imágenes permite un cálculo directo de la velocidad local. Este procedimiento se realiza en todo el dominio de la imagen, y se determina una representación plana del campo de velocidad instantánea de las gotas. Por lo general, se adquieren muchos campos de velocidad instantáneos y se utilizan para generar un resultado de campo de velocidad promedio del conjunto. Normalmente, se utiliza agua como medio de pulverización durante las mediciones PIV.

El instrumento PIV proporciona un resultado de campo de velocidad de pulverización instantánea de alta resolución espacial. Los resultados instantáneos pueden promediarse en representaciones medias. El sistema puede activarse para resolver los efectos transitorios del desarrollo de la pulverización a lo largo de múltiples ciclos. La naturaleza no intrusiva de la iluminación de la lámina láser de la sección transversal de la pulverización permite realizar mediciones de alta calidad de la velocidad de la pulverización plana, lo que permite una observación detallada de las características bidimensionales de la pulverización.

El sistema PIV no proporciona información sobre el tamaño de las gotas; por lo tanto, a menudo se utiliza junto con uno de los muchos instrumentos de medición del tamaño de las gotas para proporcionar una caracterización adicional.