Velocimetria de Imagem de Partículas (PIV)

O instrumento PIV oferece uma combinação única de uma técnica de medição não intrusiva com medição de velocidade 2D de alta resolução através de uma seção transversal de pulverização. Exemplos de projetos passados utilizando velocimetria por imagem de partículas na Spraying Systems Co. incluem medições detalhadas de velocidade na região de quase saída de um bico protótipo, e medição de velocidade 2D de um spray em fluxo cruzado para validação CFD.

• Caracterização do Protótipo de Bico
  Um protótipo de bico foi desenvolvido pela Spraying Systems Co. para um cliente específico. A fim de avaliar o projeto, o engenheiro quis medir as trajetórias de gotas na região de quase saída do orifício. O bico tinha um desenho único com uma superfície de impacto externo, o que despertou um maior interesse nas trajetórias das gotas. O PIV foi utilizado para iluminar uma seção transversal do jato perto da superfície de impacto, e o ângulo do jato deixando a superfície de impacto foi medido. Essa informação permitiu ao engenheiro de projeto fazer modificações para obter a forma e o tamanho desejado da pluma de pulverização para o cliente.

• Spray em Fluxo Cruzado e Validação CFD
  Um cliente pediu à Spraying Systems Co. para realizar uma modelagem detalhada do CFD de um spray em sua aplicação, que incluía um gás de fluxo cruzado. Parte desse esforço exigiu uma validação dos métodos e resultados do CFD, o que foi feito, em parte, medindo a localização e trajetórias das gotas de pulverização quando elas saíram do bico e se cruzaram com os gases do fluxo cruzado. Depois de validar o modelo, a aplicação, que ocorreu em um ambiente perigoso, foi modelada com confiança para fornecer ao cliente uma solução de pulverização totalmente otimizada.

O sistema PIV utiliza um laser pulsado de curta duração, que passa através de uma lente divergente, para iluminar uma seção transversal plana do spray. O pulso curto do laser congela efetivamente as gotas do spray no lugar, à medida que são imersas. As gotículas dispersam a luz do laser, e uma câmera, que é acionada com o pulso de laser, captura a imagem das gotículas dentro do plano do laser. Um filtro de luz passa-faixa é anexado à lente da câmera, o que permite que apenas a luz do comprimento de onda do laser passe para o sensor CCD, essencialmente removendo todas as gotas fora do plano de visão.

Como as gotas atravessam dentro do feixe do laser, imagens de duplo quadro são capturadas com um atraso de tempo muito pequeno e conhecido. O pacote de software da DaVis então executa uma série de algoritmos de correlação cruzada para determinar o deslocamento de pequenos grupos de partículas. A combinação de uma distância / direção de deslocamento conhecida e um atraso de tempo conhecido entre pares de imagens permite um cálculo direto da velocidade local. Esse procedimento é realizado em toda a superfície da imagem, e é determinada uma representação planar do campo de velocidade instantânea das gotas. Muitos campos de velocidade instantânea são geralmente capturados e utilizados para gerar um resultado de um conjunto de campos de velocidade média. Tipicamente, a água é o meio de pulverização durante as medições de PIV.

O instrumento PIV proporciona uma alta resolução espacial, resultado instantâneo da velocidade do campo de pulverização. Os resultados instantâneos podem ser combinados em representações médias. O sistema pode ser acionado para resolver efeitos transientes de desenvolvimento de pulverizações em múltiplos ciclos. A natureza não intrusiva da iluminação do feixe de laser da seção transversal da pulverização permite medições de alta velocidade de pulverização plana, o que permite a observação detalhada das características bidimensionais de pulverização.

O sistema PIV não fornece informações de tamanho de gota; dessa forma, ele é frequentemente utilizado em conjunto com um dos muitos instrumentos de medição de tamanho de gota para fornecer uma caracterização adicional.