Vélocimétrie par images de particules (PIV)

L'instrument de PIV offre une combinaison unique d'une technique de mesure non intrusive avec une mesure de vitesse 2D à haute résolution à travers une section de pulvérisation. Parmi les exemples de projets antérieurs utilisant la vélocimétrie par image de particules chez Spraying Systems Co., on peut citer des mesures de vitesse détaillées dans la zone proche de l'orifice de sortie d'une buse prototype, et la mesure de vitesse en 2D d'un spray dans un écoulement transversal pour la validation CFD.

• Caractérisation d'un prototype de buse
  Un prototype de buse a été développé par Spraying Systems Co. pour un client spécifique. Afin d'évaluer la conception, l'ingénieur voulait mesurer les trajectoires des gouttelettes dans la région proche de l'orifice de sortie. La buse avait une conception unique avec une surface d'impact externe, ce qui a suscité un intérêt accru pour les trajectoires des gouttelettes. La PIV a été utilisée pour éclairer une section transversale du spray près de la surface d'impact, et l'angle du spray quittant la surface d'impact a été mesuré. Ces informations ont permis à l'ingénieur de conception d'apporter des modifications pour obtenir la forme et la taille de panache de pulvérisation souhaitées par le client.

• Validation CFD de la pulvérisation en flux croisés
  Un client a demandé à Spraying Systems Co. d'effectuer une modélisation CFD détaillée d'une pulvérisation dans son application, qui comprenait un gaz à flux croisés. Une partie de cet effort a nécessité une validation des méthodes et des résultats de la CFD, qui a été réalisée, en partie, en mesurant l'emplacement et les trajectoires des gouttelettes de pulvérisation à leur sortie de la buse et leur intersection avec les gaz à flux croisés. Après validation du modèle, l'application, qui s'est déroulée dans un environnement dangereux, a été modélisée avec confiance pour fournir au client une solution de pulvérisation totale optimisée.

Le système de PIV utilise un laser pulsé de courte durée, qui passe à travers une lentille divergente, pour illuminer une section plane du spray. La courte impulsion laser fige efficacement les gouttelettes de spray en place au fur et à mesure de leur imagerie. Les gouttelettes diffusent la lumière du laser, et une caméra, qui est déclenchée par l'impulsion laser, prend des images des gouttelettes dans le plan du laser. Un filtre passe-bande est fixé à l'objectif de la caméra, qui ne laisse passer que la lumière de la longueur d'onde du laser vers le capteur CCD, ce qui a pour effet d'éliminer toutes les gouttelettes hors plan.

Lorsque les gouttelettes se déplacent à l'intérieur de la feuille laser, des images en double image sont acquises avec un délai très court et connu. Le logiciel DaVis est ensuite utilisé pour exécuter une série d'algorithmes de corrélation croisée afin de déterminer le déplacement de petits groupes de particules. La combinaison d'une distance / direction de déplacement connue et d'un délai connu entre les paires d'images permet un calcul direct de la vitesse locale. Cette procédure est effectuée sur l'ensemble du domaine de l'image, et une représentation plane du champ de vitesse instantanée des gouttelettes est déterminée. De nombreux champs de vitesse instantanés sont généralement acquis et utilisés pour générer un résultat de champ de vitesse moyen d'ensemble. Généralement, l'eau est utilisée comme milieu de pulvérisation pendant les mesures de PIV.

L'instrument de PIV fournit une résolution spatiale élevée, un résultat de champ de vitesse de pulvérisation instantané. Les résultats instantanés peuvent faire l'objet d'une moyenne d'ensemble dans des représentations moyennes. Le système peut être déclenché pour résoudre les effets transitoires du développement de la pulvérisation sur plusieurs cycles. La nature non intrusive de l'illumination de la section de pulvérisation par la feuille laser permet des mesures de vitesse de pulvérisation planaire de haute qualité, ce qui permet une observation détaillée des caractéristiques bidimensionnelles de la pulvérisation.

Le système de PIV ne fournit pas d'informations sur la taille des gouttes ; il est donc souvent utilisé en conjonction avec l'un des nombreux instruments de mesure de la taille des gouttes pour fournir une caractérisation supplémentaire.