Концентрированные вихревые структуры - PIV

Метод цифровой трассерной визуализации относится к классу бесконтактных методов измерения скорости в потоках. В ряду других инструментов для исследования структуры течений он занимает особое место благодаря возможности регистрировать мгновенные пространственные распределения скорости. Данное преимуществ является особенно важным при изучении потоков, содержащих крупномасштабные вихревые структуры, информация о которых частично теряется при применении одноточечных методов диагностики.

Импульсный лазер создает тонкий световой нож и освещает мелкие частицы, взвешенные в исследуемом потоке. Положения частиц в момент двух последовательных вспышек лазера регистрируются на два кадра цифровой камеры.

Схема метода PIV

Скорость потока определяется расчетом перемещения, которое совершают частицы за время между вспышками лазера. Определение перемещения основано на применении корреляционных методов к трассерным картинам с использованием регулярного разбиения на элементарные подобласти. Варьирование времени задержки между лазерными вспышками позволяет изменять диапазон измеряемых скоростей от долей миллиметра в секунду до сверхзвуковых.

Однако имеется несколько ограничений связанных с применением данного метода, необходимо, чтобы временной интервал между лазерными импульсами был достаточно большим, чтобы зарегистрировать смещение частиц, и достаточно коротким, чтобы частицы лежащие в плоскости не покинули её.

Компоненты системы PIV (ПОЛИС):

Камера

Лазер

Синхронизатор

После проведения эксперимента на экране монитора можно наблюдать изображение трассеров в потоке, освещённых лазерным ножом.

Полученные данные обрабатываются программным обеспечением "ActualFlow", предназначенным для автоматизации процесса проведения эксперимента. Пакет включает в себя набор кросскорреляционных алгоритмов расчёта поля скорости, алгоритмы отсева и интерполяции векторов, алгоритмы расчёта статических и дифференциальных характеристик поля скорости.

Экспериментальные данные полученные с использованием этого метода можно посмотреть здесь.