Велосиметрия изображения частиц (PIV)

Прибор PIV обеспечивает уникальное сочетание неинтрузивного метода измерения с двумерным измерением скорости с высоким разрешением в поперечном сечении распылителя. Примеры прошлых проектов, в которых использовалась велосиметрия изображения частиц в компании Spraying Systems Co. включают детальные измерения скорости в области около выходного отверстия прототипа сопла и 2D измерение скорости распыления в поперечном потоке для проверки CFD.

• Характеристика прототипной форсунки
  Прототип форсунки был разработан компанией Spraying Systems Co. для конкретного клиента. Чтобы оценить конструкцию, инженер хотел измерить траектории капель в районе выходного отверстия. Сопло имело уникальную конструкцию с внешней ударной поверхностью, что вызвало повышенный интерес к траекториям капель. PIV был использован для освещения поперечного сечения струи вблизи поверхности вдавливания, и был измерен угол выхода струи из поверхности вдавливания. Эта информация позволила инженеру-конструктору внести изменения, чтобы получить желаемую форму и размер факела распыла для клиента.

• Проверка CFD моделирования распыления в перекрестном потоке
  Клиент попросил компанию Spraying Systems Co. выполнить детальное CFD моделирование распыления в их приложении, которое включало перекрестный поток газа. Часть этой работы требовала проверки методов и результатов CFD, что было сделано, в частности, путем измерения местоположения и траекторий капель при выходе из сопла и пересечении с перекрестным потоком газа. После проверки модели, применение, которое происходило в опасной среде, было смоделировано с уверенностью, чтобы предоставить клиенту оптимизированное решение для полного распыления.

Система PIV использует короткоимпульсный лазер, который проходит через расходящуюся линзу, чтобы осветить плоское поперечное сечение аэрозоля. Короткий лазерный импульс эффективно замораживает капли аэрозоля на месте в момент получения изображения. Капли рассеивают лазерный свет, и камера, которая запускается вместе с лазерным импульсом, делает изображение капель в пределах лазерной плоскости. К объективу камеры прикреплен полосовой светофильтр, который пропускает на ПЗС-матрицу только свет с длиной волны лазера, по сути, удаляя из поля зрения все капли, находящиеся вне плоскости.

По мере того, как капли перемещаются в пределах лазерного листа, с очень маленькой и известной временной задержкой получаются двухкадровые изображения. Затем пакет программного обеспечения DaVis используется для выполнения серии алгоритмов кросс-корреляции для определения смещения небольших групп частиц. Сочетание известного расстояния / направления смещения и известной временной задержки между парами изображений позволяет напрямую рассчитать локальную скорость. Эта процедура выполняется по всей области изображения, и определяется планарное представление поля мгновенной скорости капель. Обычно получают множество мгновенных полей скоростей и используют их для получения результата усредненного поля скоростей по ансамблю. Как правило, в качестве распыляемой среды при измерениях PIV используется вода.

Прибор PIV обеспечивает мгновенный результат поля скорости распыления с высоким пространственным разрешением. Мгновенные результаты могут быть усреднены по ансамблю в средние представления. Система может быть запущена для определения переходных эффектов развития распыления в течение нескольких циклов. Неинтрузивный характер освещения лазерной пленкой поперечного сечения струи позволяет проводить высококачественные измерения скорости струи в плоскости, что дает возможность детального наблюдения двумерных характеристик струи.

Система PIV не предоставляет информацию о размере капель; поэтому ее часто используют в сочетании с одним из многочисленных приборов для измерения размера капель, чтобы получить дополнительные характеристики.