Контакты
Задать вопрос
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.
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 Al2O3, TiO2, SiO2.
Таблица 1: Материалы и размеры трассеров, использующихся для засева воздушных потоков
Материал | Диаметр частиц, мкм | Комментарии |
| Жидкость из органических соединений | 1-2 | Рабочая жидкость для использования в генераторах тумана. В зависимости от состава имеет разную отражательную способность, размер капель и скорость испарения капель. Безвредна для вдыхания и разрешена к использованию в помещениях. |
| Порошок TiO2 | 1 | Хорошая отражающая способность. Возможно работать при температурах до 2000°С. При необходимости в большем размере частиц, предпочтительным является порошок Al2O3. |
| Вода | 1-3 | Капли водного тумана создаются увлажнителями воздуха. Малая производительность. Быстро испаряются. |
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
Материал | Диаметр частиц, мкм | Комментарии |
| Полиамидные частицы | 5-50 | Хороший дисперсный состав и отражательная способность. Слегка несферическая форма. Имеют практически нейтральную плавучесть в воде. Наиболее удобный и дешевый способ засева водяных потоков. |
| Стеклянные сферы | 10-150 | Имеют большой разброс по размерам |
| Алюминиевый порошок | < 10 | Большая разница плотности жидкости и частиц, быстрое осаждение. Сохраняют поляризацию света при отражении. |
| Пузырьки | 5-500 | Большая разница плотностей. Сложно контролировать размер пузырьков при генерации. Могут быть использованы, только если двухфазный поток приемлем. |
| Флуоресцентные трассеры | 0,1 – 20 | Используются в методах micro-PIV и PFBI. Как правило, это полиамидные частицы, крашенные родамином. |