입자 영상 유속계 (PIV)

PIV 장비는 스프레이 단면을 통한 고해상도 2D 속도 측정과 비침습 측정 기술의 고유한 조합을 제공합니다. Spraying Systems Co.에서 입자 영상 유속계를 사용한 과거 프로젝트의 예에는 프로토타입 노즐의 출구 오리피스 근처 영역에서 상세한 속도 측정과 CFD 검증을 위한 횡류에서 스프레이의 2D 속도 측정이 포함됩니다.

• 프로토타입 노즐 특성화
  특정 고객을 위해 Spraying Systems Co.에서 프로토타입 노즐을 개발했습니다. 설계를 평가하기 위해 엔지니어는 출구 오리피스 근처 영역에서 입자 궤적을 측정하기를 원했습니다. 노즐은 외부 충돌 표면이 있는 독특한 디자인을 가지고 있어 입자 경로에 대한 관심이 높아졌습니다. PIV는 충돌 표면 근처의 스프레이 단면을 조명하는데 사용되었으며 충돌 표면을 떠나는 스프레이의 각도가 측정되었습니다. 이 정보를 통해 설계 엔지니어는 고객이 원하는 스프레이 기둥 모양과 크기를 얻기 위해 수정할 수 있었습니다.

• 횡류 CFD 검증에서 스프레이
  한 고객은 Spraying Systems Co.에 횡류 가스가 포함된 스프레이의 상세한 CFD 모델링을 수행하도록 요청했습니다. 이러한 노력의 일부는 CFD 방법 및 결과의 검증을 필요로 했으며, 이는 부분적으로 노즐을 빠져나와 교차 흐름 가스와 교차할 때 스프레이 입자의 위치와 궤적을 측정하여 수행되었습니다. 모델을 검증한 후 위험한 환경에서 발생한 적용을 자신 있게 모델링하여 고객에게 최적화된 토탈 스프레이 솔루션을 제공했습니다.

PIV 시스템은 발산 렌즈를 통과하는 단기 펄스 레이저를 사용하여 스프레이의 평면 단면을 조명합니다. 짧은 레이저 펄스는 이미징되는 스프레이 입자를 효과적으로 고정시킵니다. 물방울은 레이저 빛을 산란시키고 레이저 펄스로 작동되는 카메라는 레이저 평면 내의 물방울을 이미지화합니다. 대역 통과 광 필터가 카메라 렌즈에 부착되어 레이저 파장의 빛만 CCD 센서로 통과하도록 하여 기본적으로 모든 면외 방울을 시야에서 제거합니다.

입자가 레이저 시트 내에서 이동함에 따라 매우 작고 알려진 시간 지연으로 이중 프레임 이미지가 획득됩니다. 그런 다음 DaVis 소프트웨어 패키지는 일련의 상호 상관 알고리즘을 실행하여 작은 입자 그룹의 변위를 결정하는데 사용됩니다. 알려진 변위 거리/방향과 이미지 쌍 간의 알려진 시간 지연의 조합을 통해 로컬 속도를 직접 계산할 수 있습니다. 이 절차는 전체 이미지 영역에 대해 수행되고 순간 입자 속도장의 평면 표현이 결정됩니다. 많은 순간 속도장이 일반적으로 획득되고 앙상블 평균 속도장 결과를 생성하는데 사용됩니다. 일반적으로 물은 PIV 측정 중에 스프레이 매체로 사용됩니다.

PIV 기기는 높은 공간 분해능, 즉각적인 스프레이 속도장 결과를 제공합니다. 즉각적인 결과는 평균 표현으로 앙상블 평균화될 수 있습니다. 시스템은 여러 주기에 걸쳐 일시적인 스프레이 현상 효과를 해결하기 위해 트리거될 수 있습니다. 스프레이 단면의 레이저 시트 조명의 비간섭적 특성은 2차원 스프레이 특성의 상세한 관찰을 허용하는 고품질 평면 스프레이 속도 측정을 허용합니다.

PIV 시스템은 입자 크기 정보를 제공하지 않습니다. 따라서 추가 특성을 제공하기 위해 많은 입자 크기 측정 장비 중 하나와 함께 사용되는 경우가 많습니다.