Particle Image Velocimetry
Für die Particle Image Velocimetry (PIV) Methode werden Streuteilchen (Tracer Partikel) der Strömung zugegeben, wobei das Folgeverhalten der Teilchen mit der Fluidströmung sichergestellt sein muss. Ein Laser bestrahlt die Tracer Partikel in einem dünnen Lichtschnitt zweimal in einem bekannten Zeitabstand %Delta%t. Eine hochauflösende Doppelbild-Kamera nimmt die beiden Partikelbilder auf, die im Rechner in kleine Teilbilder, sogenannte Interrogationszellen zerlegt werden. Anschließend wird der Partikelversatz zwischen der ersten und zweiten Aufnahme, d. h. die Distanz der Partikel in der Zeit %Delta%t, und damit die lokale Geschwindigkeit durch eine Korrelationsanalyse für jede einzelne Interrogationszelle bestimmt. Mit zwei Kameras in der Stereo-PIV Anordnung können alle drei Geschwindigkeitskomponenten im Lichtschnitt bestimmt werden (2D3C). Die beiden perspektivischen Aufnahmen werden geometrisch entzerrt und unter Verwendung unseres patentierten Selbstkalibrierungsverfahren (Self-Calibration) sub-pixel genau in ein gemeinsames Koordinatensystem transformiert. Innovative Korrelationstechniken (Multi-Pass, lokal angepasste Interrogationszellen) werden eingesetzt, um eine höhere Messgenauigkeit bei größer räumlicher Auflösung zu erzielen.
Räumlich und zeitlich abgeleitete Größen
Aus Geschwindigkeitsfeldern lassen sich z. B. lokale Wirbelstärken sowie der Spannungstensor ableiten. Statistische Auswertungen geben Auskunft über die Verteilung der turbulenten kinetischen Energie oder des Reynoldschen Spanungstensors. Zeitaufgelöste PIV Aufnahmen aufgenommen mit High-Speed PIV Systemen liefern das Beschleunigungsfeld, Fluid-Element Trajektorien sowie Raum-Zeit Korrelationen.
Tomographisches PIV mit 2 bis 4 Kameras misst das komplette 3D Strömungsfeld in einem ausgeleuchteten Volumen (3D3C). Tomo-PIV basiert auf dem Prinzip der tomographischen Rekonstruktion von Voxel-Intensitäten im Volumen mit einem nachgeschalteten 3D Korrelationsverfahren mit deformierbaren Interrogationsvolumina. Aus dem volumetrischen Strömungsfeld lassen sich alle abgeleiteten Größen wie z. B. die 3D Wirbelstruktur berechnen.
Zeitaufgelöstes Partikel Tracking Verfahren
Shake-the-Box (STB) ist Stand der Technik für zeitaufgelöstes 3D Partikel Tracking auch bei hohen Teilchendichten für beste räumliche Auflösung. STB benutzt die Zeitinformation der zeitaufgelösten Partikelbilder, um Partikelspuren (Tracks) mit höchster Genauigkeit zu rekonstruieren. STB verwendet ein iteratives Partikel Rekonstruktionsverfahren (IPR) für die genaue Berechnung von 3D Teilchenpositionen auch bei hohen Teilchendichten. Der weitere Verlauf der Partikelspuren wird extrapoliert und mit den gemessenen Partikelbildern abgeglichen und korrigiert. Aus den gefundenen Partikeltrajektorien lassen sich Beschleunigungsfelder berechnen.
