Velocimetry Particle Image (PIV)

Urządzenie PIV stanowi unikalne połączenie nieinwazyjnej techniki pomiarowej z wysokorozdzielczym pomiarem prędkości 2D w przekroju poprzecznym rozpylacza. Przykłady dotychczasowych projektów Spraying Systems Co. z wykorzystaniem magnetometrii obrazu cząsteczkowego obejmują szczegółowe pomiary prędkości w rejonie otworu wylotowego prototypu rozpylacza oraz pomiary prędkości 2D rozpylonej cieczy w przepływie krzyżowym do walidacji CFD.

• Charakterystyka dyszy prototypowej
  W firmie Spraying Systems Co. opracowano dla konkretnego klienta dyszę prototypową. W celu oceny konstrukcji inżynier chciał zmierzyć trajektorie kropel w obszarze dyszy w pobliżu wylotu. Dysza miała unikalną konstrukcję z zewnętrzną powierzchnią uderzeniową, co spowodowało zwiększone zainteresowanie drogami kropel. Za pomocą PIV został oświetlony przekrój strumienia w pobliżu powierzchni uderzenia i został zmierzony kąt, pod jakim strumień opuszcza powierzchnię uderzenia. Te informacje pozwoliły inżynierowi projektowemu na dokonanie modyfikacji, aby uzyskać pożądany kształt i wielkość pióropusza dla klienta.

• Spray in Crossflow CFD Validation
  Klient poprosił Spraying Systems Co. o wykonanie szczegółowego modelowania CFD sprayu w ich aplikacji, która zawierała gaz w przepływie krzyżowym. Częścią tej pracy było zatwierdzenie metod CFD i wyników, co zostało wykonane częściowo poprzez pomiary położenia i trajektorii kropel natrysku, gdy wychodziły one z dyszy i przecinały się z gazami w przepływie krzyżowym. Po walidacji modelu, aplikacja, która miała miejsce w niebezpiecznym środowisku, była modelowana z pewnością siebie, aby dostarczyć klientowi zoptymalizowane rozwiązanie całkowitego rozpylania.

System PIV wykorzystuje krótkotrwały impulsowy laser, który przechodzi przez rozbieżną soczewkę, aby oświetlić planarny przekrój rozpylonej cieczy. Krótki impuls lasera efektywnie zamraża krople rozpylonej cieczy w miejscu podczas ich obrazowania. Kropelki rozpraszają światło lasera, a kamera, która jest wyzwalana impulsem lasera, obrazuje kropelki w płaszczyźnie lasera. Do obiektywu kamery dołączony jest filtr pasmowo-przepustowy, który przepuszcza do czujnika CCD tylko światło o długości fali lasera, usuwając z pola widzenia wszystkie kropelki znajdujące się poza płaszczyzną.

W trakcie przemieszczania się kropel w płaszczyźnie lasera, z bardzo małym i znanym opóźnieniem czasowym, rejestrowane są podwójne obrazy. Pakiet oprogramowania DaVis jest następnie wykorzystywany do uruchomienia serii algorytmów korelacji krzyżowej w celu określenia przemieszczenia małych grup cząsteczek. Połączenie znanej odległości/kierunku przemieszczenia i znanego opóźnienia czasowego pomiędzy parami obrazów pozwala na bezpośrednie obliczenie lokalnej prędkości. Procedura ta jest wykonywana na całym obszarze obrazu i w ten sposób określana jest planarna reprezentacja chwilowego pola prędkości kropli. Z reguły uzyskuje się wiele chwilowych pól prędkości i wykorzystuje się je do wygenerowania wyniku średniego pola prędkości. Zazwyczaj podczas pomiarów PIV jako medium rozpylania używana jest woda.

Instrument PIV dostarcza wysokiej rozdzielczości przestrzennej, natychmiastowy wynik pola prędkości rozpylania. Natychmiastowe wyniki mogą być uśrednione do średniej reprezentacji. System może być uruchomiony w celu określenia przejściowych efektów rozwoju rozpylonej cieczy w wielu cyklach. Nieinwazyjny charakter oświetlenia przekroju poprzecznego strumienia za pomocą płachty laserowej pozwala na wysokiej jakości planarne pomiary prędkości strumienia, co umożliwia szczegółową obserwację dwuwymiarowej charakterystyki strumienia.

System PIV nie dostarcza informacji o wielkości kropli, dlatego często jest stosowany w połączeniu z jednym z wielu instrumentów pomiaru wielkości kropli, aby zapewnić dodatkową charakterystykę.