Засев потоков

В методе PIV скорость потока измеряется по смещению взвешенных в потоке частиц. В определенном смысле частицы являются датчиками скорости, поэтому правильный засев потока важен для метода PIV.

Частицы должны быть достаточно малы для того, чтобы следовать потоку. С другой стороны, частицы должны быть достаточно велики для того, чтобы рассеивать свет в количестве, необходимом для его регистрации цифровой камерой. В идеальном случае частицы должны иметь нейтральную плавучесть, то есть иметь плотность, равную плотности жидкости.

Размеры используемых в PIV эксперименте частиц могут варьироваться от 0,1 до 50 мкм. Такие размеры сравнимы с длиной волны лазерного излучения (532 нм), а следовательно в данном случае должна использоваться теория рассеяния Ми. Теория предполагает рассеяние на сферических частицах, поэтому рассеянное излучение зависит только от размера частиц. В реальной ситуации форма и ориентация частиц также имеет значение.

Выбор частиц для засева потока зависит от нескольких параметров. В первую очередь необходимо учитывать характеристики исследуемого потока и используемого лазера. Следует выбирать трассеры максимально большого размера, так как количество рассеянного ими света увеличивается с размером трассеров. Однако размер частиц ограничен сверху, поскольку частицы должны отслеживать скорость потока. Максимально возможный диаметр частиц уменьшается с увеличением скорости потока и градиентов скорости в потоке. Также необходимо иметь в виду, что максимальная точность при расчете поля скорости достигается при диаметре изображения частиц около 1,5–2,5 пикселей. C учетом этого должны выдираться размер трассеров и оптическая схема измерений.

Ниже представлены таблицы с описанием материалов, которые могут быть использованы для засева потоков.

Засев воздушных потоков

Генераторы аэрозолей

Наиболее простой и часто используемый метод засева. Засев мелкими каплями (туманом) производится генератором аэрозоля. В зависимости от геометрии потока и рабочей установки засев должен осуществляться временным или постоянным включением генератора. Используемые генераторы аэрозоля: MARTIN Magnum 1800 или аналоги.

Циклон

Служит для засева воздушных потоков твердыми частицами оксидов металлов Al₂O_3, TiO₂, SiO₂.

Таблица 1: Материалы и размеры трассеров, использующихся для засева воздушных потоков

Засев потоков жидкости

Осуществляется подмешиванием к рабочей жидкости концентрированной взвеси частиц. Концентрация подбирается исходя из условий конкретного эксперимента. После продолжительного перерыва в измерениях рекомендуется перемешивать основную жидкость, чтобы поднять осевшие частицы. Скорость седиментации зависит от разницы плотностей частиц и рабочей жидкости.

Таблица 2: Материалы и размеры частиц, использующихся для засева потоков жидкости