Velocimetria ad immagine di particelle (PIV)

Lo strumento PIV fornisce una combinazione unica di una tecnica di misurazione non intrusiva con la misurazione della velocità 2D ad alta risoluzione attraverso una sezione trasversale dello spray. Esempi di progetti passati che utilizzano la velocimetria ad immagini particellari presso Spraying Systems Co. includono misurazioni dettagliate della velocità nella regione dell'orifizio di uscita di un ugello prototipo e la misurazione della velocità 2D di uno spruzzo in flusso incrociato per la convalida CFD.

• Caratterizzazione dell'ugello prototipo
  Un ugello prototipo è stato sviluppato da Spraying Systems Co. per un cliente specifico. Per valutare il design, l'ingegnere voleva misurare le traiettorie delle gocce nella regione dell'orifizio di uscita. L'ugello aveva un design unico con una superficie di impingement esterna, il che ha fatto aumentare l'interesse per i percorsi delle gocce. Il PIV è stato usato per illuminare una sezione trasversale del getto vicino alla superficie di impingement ed è stato misurato l'angolo del getto che lascia la superficie di impingement. Queste informazioni hanno permesso all'ingegnere di progettazione di apportare modifiche per ottenere la forma e la dimensione del pennacchio spray desiderata dal cliente.

• Spray in Crossflow CFD Validation
  Un cliente ha chiesto a Spraying Systems Co. di eseguire una modellazione CFD dettagliata di uno spray nella sua applicazione, che includeva un gas crossflow. Parte di questo sforzo richiedeva una convalida dei metodi e dei risultati CFD, il che è stato fatto, in parte, misurando la posizione e le traiettorie delle gocce spray mentre uscivano dall'ugello e si intersecavano con i gas crossflow. Dopo aver convalidato il modello, l'applicazione, che si svolgeva in un ambiente pericoloso, è stata modellata con fiducia per fornire al cliente una soluzione spray totale ottimizzata.

Il sistema PIV usa un laser pulsato di breve durata, che passa attraverso una lente divergente, per illuminare una sezione trasversale planare dello spray. Il breve impulso laser congela efficacemente le goccioline dello spray mentre vengono riprese. Le goccioline disperdono la luce laser e una telecamera, che viene attivata con l'impulso laser, immagina le goccioline all'interno del piano laser. Sull'obiettivo della macchina fotografica è applicato un filtro passa-banda che permette solo alla luce della lunghezza d'onda del laser di passare al sensore CCD, eliminando essenzialmente tutte le goccioline fuori piano dalla vista.

Mentre le goccioline attraversano il foglio laser, vengono acquisite immagini a due fotogrammi con un ritardo molto piccolo e noto. Il pacchetto software DaVis viene poi utilizzato per eseguire una serie di algoritmi di correlazione incrociata per determinare lo spostamento di piccoli gruppi di particelle. La combinazione di una distanza/direzione di spostamento nota e un ritardo temporale noto tra le coppie di immagini permette un calcolo diretto della velocità locale. Questa procedura viene eseguita sull'intero dominio dell'immagine e viene determinata una rappresentazione planare del campo di velocità istantanea delle gocce. Molti campi di velocità istantanei vengono generalmente acquisiti e utilizzati per generare un risultato del campo di velocità medio dell'insieme. Di solito si usa l'acqua come mezzo di spruzzo durante le misurazioni PIV.

Lo strumento PIV fornisce un risultato istantaneo ad alta risoluzione spaziale del campo di velocità dello spray. I risultati istantanei possono essere mediati in ensemble in rappresentazioni medie. Il sistema può essere attivato per risolvere gli effetti transitori dello sviluppo dello spruzzo su più cicli. La natura non intrusiva dell'illuminazione del foglio laser della sezione trasversale dello spruzzo permette misurazioni di velocità dello spruzzo planari di alta qualità, che consentono un'osservazione dettagliata delle caratteristiche bidimensionali dello spruzzo.

Il sistema PIV non fornisce informazioni sulle dimensioni delle gocce; quindi viene spesso usato insieme ad uno dei tanti strumenti di misurazione delle dimensioni delle gocce per fornire un'ulteriore caratterizzazione.