Strömungsvisualisierung mit Particle Image Velocimetry (PIV)
Das Verständnis der Geschwindigkeit ist in den meisten Fluidanwendungen von entscheidender Bedeutung. Sowohl die Größe als auch die Richtung sind erforderlich, um den Prozess zu beschreiben, Mischzonen, Schergeschwindigkeiten und vieles mehr zu bestimmen.
Es gibt zwar mehrere Methoden und Geräte zur Messung der lokalen Geschwindigkeit von Fluiden, doch die Particle Image Velocimetry ist eine weit verbreitete Technik zur Messung ganzer Geschwindigkeitsfelder.
Um die Bewegung der Flüssigkeit zu verfolgen, werden kleine Partikel in der Flüssigkeit suspendiert. Handelt es sich bei der Flüssigkeit um ein Gas, können auch Tröpfchen verwendet werden. Ihre Bewegung wird mit einer Kamera in kurzen, bekannten Intervallen erfasst. Ein Algorithmus korreliert zwei aufeinanderfolgende Bilder, um zu ermitteln, welches Partikel des ersten Bildes sich im zweiten Bild wohin bewegt hat, und um die zurückgelegte Strecke dieses Partikels zu berechnen. Da das Zeitintervall zwischen den beiden Bildern bekannt ist, kann die Geschwindigkeit des Partikels abgeleitet werden.
Technisch gesehen kann jede Lichtquelle mit ausreichender Leistung verwendet werden, jedoch kann es problematisch sein, wenn alle Partikel beleuchtet werden. Die Partikel, die näher an der Kamera liegen, verdecken das Sichtfeld, sodass nur Oberflächenmessungen möglich sind. Laser können jedoch zu einem sehr schmalen Strahl geformt werden, der selektiv einen Abschnitt der Strömung beleuchtet. Auf diese Weise können Geschwindigkeitsinformationen aus dem Inneren der Strömung abgeleitet werden.