Velocimetría de Imagen 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 una aspersión. Entre los ejemplos de proyectos en los que se ha utilizado la velocimetría de imágenes de partículas en Spraying Systems Co. figuran las mediciones detalladas de la velocidad en la región cercana del orificio de salida de una boquilla prototipo y la medición de la velocidad en 2D de una aspersión en flujo cruzado para la validación de Dinámica Computacional de Fluidos (CFD).

• Caracterización de la boquilla prototipo
  Una boquilla prototipo fue desarrollada por Spraying Systems Co. para un cliente específico. Para evaluar el diseño, el ingeniero quería medir las trayectorias de las gotas en la región más cercana del orificio de salida. La boquilla tenía un diseño único con una superficie de impacto externo, lo que provocó un mayor interés en las trayectorias de las gotas. La PIV se utilizó para iluminar una sección transversal de la aspersión cerca de la superficie de impacto y se midió el ángulo de aspersión que salía de la superficie de impacto. Esta información permitió al ingeniero de diseño hacer modificaciones para obtener la forma y el tamaño de la forma de la aspersión deseado por el cliente

• Validación de Dinámica Computacional de Fluidos (CFD) en aspersiones cruzadas
  Un cliente pidió a Spraying Systems Co. que realizara un detallado modelado CFD de una aspersión en su aplicación, que incluía un gas de flujo cruzado. Parte de este esfuerzo requería una validación de los métodos y resultados del CFD, lo cual se hizo, en parte, midiendo la ubicación y las trayectorias de las gotas de la aspersión a medida que 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 total de aspersión 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 de la aspersión. El corto pulso del láser congela eficazmente las gotas  en su lugar mientras son visualizadas. Las gotitas dispersan la luz del láser y, una cámara que se dispara con el pulso del láser, capta las gotitas dentro del plano del láser. Un filtro de luz de paso de banda se adjunta a la lente de la cámara, que permite que sólo la luz de la longitud de onda del láser pase al sensor CCD, eliminando esencialmente todas las gotitas fuera del plano de la vista.

A medida que las gotitas se desplazan dentro del haz de 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 una demora de tiempo conocida entre los 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 de la gota instantánea. Generalmente se adquieren muchos campos de velocidad instantáneos y se utilizan para generar un resultado de campo de velocidad media en conjunto. Típicamente, el agua se utiliza como medio de aspersión durante las mediciones de PIV.

El instrumento PIV proporciona un resultado de campo de alta resolución espacial y velocidad de aspersión instantánea. Los resultados instantáneos pueden ser promediados en conjunto en representaciones medias. El sistema puede ser activado para resolver los efectos transitorios del desarrollo de la aspersión a lo largo de múltiples ciclos. El carácter no intrusivo de la iluminación del haz de láser de la sección transversal de la aspersión permite realizar mediciones de alta calidad de la velocidad de la aspersión plana, lo que permite una observación detallada de las características bidimensionales de la aspersión.

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