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PIV Particle Image Velocimetry Velocimetria por imagem de partículas

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Apresentação em tema: "PIV Particle Image Velocimetry Velocimetria por imagem de partículas"— Transcrição da apresentação:

1 PIV Particle Image Velocimetry Velocimetria por imagem de partículas
Jaime Vogado

2 Apresentação Definição Princípio de Funcionamento Historial
Características Vantagens/Desvantagens Metodologia Equipamento Valores típicos Resolução espacial e gama de velocidades PIV tridimensional Referências Jaime Vogado

3 Definição Tecnologia de medição de velocidade.
Fornece Campos globais de velocidades instantâneas através da medição do deslocamento de partículas no seio do fluido. Fonte:Dantec Corp. Jaime Vogado

4 Princípio de Funcionamento
Laser Volume de medição Área Alvo Lente cilíndrica Escoamento com partículas Imagem do impulso 1 Imagem do impulso 2 Correlação Folha de laser Dados CCD Fonte:Dantec Corp. Jaime Vogado

5 Historial 1930 Informação quantitativa de velocidade através de fotografias de traços de partículas 1977 LSV Laser Speckle Velocimetry - análise de franjas de Young PIV Análise por correlação cruzada espacial Digital PIV PIV estereoscópico Fonte:Dantec Corp. Jaime Vogado

6 Características Não intrusiva Gama de velocidades: zero a supersónico
Mapas de vectores velocidade instantânea tridimensional  PIV estereoscópico Jaime Vogado

7 Vantagens Outros métodos (LDA,...) PIV Medições pontuais
Atravessamento do escoamento Morosos Escoamentos turbulentos - estatística PIV Campo completo Não intrusiva Campo de velocidades instantâneas Conventional measurement techniques for turbulence, such as hot-wire anemometry (HWA) and laser-Doppler anemometry (LDA) are single-point methods, and therefore unable to capture to instantaneous spatial structure of the flow. Conventional methods are therefore primarily used to determine turbulence statistics, e.g. the mean velocity, turbulence intensity and Reynolds stress, but such quantities do not represent the actual flow structure. Fonte:Dantec Corp. Jaime Vogado

8 Desvantagens Necessita de partículas específicas
Não considera a curvatura da trajectória de uma partícula  Δt pequenos Grande exigência computacional: 768 X 576 pixels a 8 bit  840 Kb fluxo de dados 21 Mb/s Trajectória da partícula Conventional measurement techniques for turbulence, such as hot-wire anemometry (HWA) and laser-Doppler anemometry (LDA) are single-point methods, and therefore unable to capture to instantaneous spatial structure of the flow. Conventional methods are therefore primarily used to determine turbulence statistics, e.g. the mean velocity, turbulence intensity and Reynolds stress, but such quantities do not represent the actual flow structure. Fonte:Dantec Corp. Jaime Vogado

9 Metodologia Fonte: Sousa (1997) Jaime Vogado

10 Metodologia Correlação Cruzada Fonte:Dantec Corp. Jaime Vogado

11 Equipamento Laser pulsado  Argon-ion Partículas
Sistema de lentes  Folha de Laser Câmara CCD Processador PIV e Flow Manager Sincronismo  Aquisição de dados Fonte:Dantec Corp. Jaime Vogado

12 Dimensões Típicas Partículas: Densidade: escoamentos gasosos
gotículas de óleo, leite... 1m a 5m escoamentos líquidos poliestireno, esferas de vidro... 5m a 100m outras que sigam o escoamento Densidade: 10 a 25 imagens de partículas por janela Fonte:Dantec Corp. Jaime Vogado

13 Resolução espacial e gama de velocidades
Premissas: As partículas seguem perfeitamente o escoamento As partículas estão distribuídas uniformemente Fonte:Dantec Corp. Jaime Vogado

14 PIV tridimensional A terceira componente: Invisível em PIV “normal”
Pode ser obtida usando 2 câmaras em arranjo estereoscópico Deslocamento Deslocamento Visto da esquerda real Deslocamento Plano focal: Visto da direita Centro da Folha de luz 45° 45° Câmera Câmera Esquerda Direita Jaime Vogado Fonte:Dantec Corp.

15 PIV tridimensional The actual stereo-measurements start with conventional 2D-PIV processing of simultaneous recordings from left and right camera respectively. This produces two 2-dimensional vector maps representing the instantaneous flowfield as seen from the left and right camera respectively. Using the camera model including parameters from the calibration, the points in the chosen interrogation grid are now mapped from the lightsheet plane and onto the left and right image plane (CCD-chip) respectively. The 2D vector maps are re-sampled in these new interrogation points using for example bilinear interpolation to estimate 2D vectors in these points based on the nearest neighbours. With a 2D displacement seen from both left and right camera estimated in the same point in physical space, the true 3D particle displacement can now be estimated by solving 4 equations with 3 unknowns in a least-squares manner. Fonte:Dantec Corp. Jaime Vogado

16 PIV tridimensional Área de sobreposição com a janela de amostragem
Valores resultantes Mapa de vectores 2D esquerdo Mapa de vectores 2D direito With Dantec Dynamics FlowManager a large number of matching 2D vector map pairs can quickly be recorded, yielding a corresponding number of 3D vector maps after a bit of post processing. A large number of vector maps are required to calculate reliable statistics such as 3D mean velocities, rms values and cross-correlation coefficients. Fonte:Dantec Corp. Jaime Vogado

17 PIV tridimensional calibração
Each image pair must be related to a specific Z-co-ordinate, and the software will look in the log-field of the set-up for this. If no Z-co-ordinate is found there, it will look for co-ordinates in the log-fields of each individual image, and if a Z-co-ordinate can still not be found, the user is prompted to specify one. Once imported, the images can be opened, and zooming and panning is available for closer examination of the calibration images. If calibration images appear OK, the user can proceed to the actual calibration. This is a two-step procedure handled automatically by the software: First image processing is used to derive the position of calibration markers on the camera images with subpixel accuracy. This produces a list of nominal marker positions and corresponding image co-ordinates on the CCD-chips of left and right camera respectively. This list is then used to estimate parameters in the chosen numerical imaging model, to give the best possible fit between nominal calibration marker positions and their corresponding pixel-positions on the camera images. A single 3D project may include several sets of calibration images, and for each set, several calibrations can be performed using different imaging models for example. Fonte:Dantec Corp. Jaime Vogado

18 PIV tridimensional Fonte:Dantec Corp. Jaime Vogado

19 PIV tridimensional Avaliação
Once calibration has been performed, and 2D vector maps imported, 3D evaluation can be performed on pairs of 2D vector maps. Using different calibrations several 3D vector maps can be derived from the same set of 2D vectors. Please note that the user is free to combine any calibration with any set of 2D vectors; There is no way to check if for example calibration images were recorded in the same position as the 2D vector maps. For a set of 3D vector maps, the user can finally calculate statistics corresponding to statistics calculation in FlowManager, but expanded from 2D to 3D. The statistics calculation thus produces: Mean velocities. Standard deviations. Cross-correlation coefficients. Number of valid vectors included in each position. (Invalid vectors in the 2D vector maps are inherited by the 3D vectors affected by them, and these invalid 3D vectors are excluded from the statistics calculation). Both individual 3D vector maps and 3D statistics can be exported as Tecplot and ASCII-files, and all graphics can be copied via the clipboard. Fonte:Dantec Corp. Jaime Vogado

20 Referências www.dantecmt.com
Sousa, J.M.M., Implementação computacional de um sistema de “PIV” digital, 1997 Freek, C. et al, On the accuracy of a MJPEG-based digital image compression PIV-system, 1999 Willert, C. The Interaction of Modulated Vortex Pairs with a Free Surface, University of California, San Diego, 1992 Jaime Vogado


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