Was ist Partikelbild-Velocimetrie?
Die Partikelbild-Velocimetrie (PIV) ist eine Methode, die üblicherweise zur Visualisierung des Partikelflusses in einer Flüssigkeit verwendet wird. PIV wird häufig zu Forschungs- oder Ausbildungszwecken eingesetzt und ermöglicht es Wissenschaftlern, die Geschwindigkeit und Bewegung von Flüssigkeiten wie Wasser zu messen. Es gibt verschiedene Ansätze für die Partikelbild-Velocimetrie, und die Technik wird mit der Entwicklung neuer Technologien weiter verbessert.
Um die Bewegung einer Flüssigkeit sichtbar zu machen, werden sehr kleine Partikel, sogenannte "Tracer", in die Strömung eingebracht. Aufgrund ihrer geringen Größe verhalten sich diese Tracerpartikel nahezu identisch mit der zu untersuchenden Flüssigkeit. Die in PIV verwendeten Tracer können vom Wissenschaftler beleuchtet werden, wodurch sie leicht sichtbar werden. Die Velocimetrie von Bildern verwendet häufig Computersoftware, um die sichtbaren Tracer aufzuzeichnen und zu verbessern.
Es können einige verschiedene Tracerpartikel verwendet werden. Kleine Glasperlen, Aluminiumflocken und Öltröpfchen sind drei gängige Materialien, die für diesen Zweck eingesetzt werden können. Diese Tracer reflektieren das Licht sehr gut und erhöhen die Sichtbarkeit einer Flüssigkeit. Lichtreflexionen können mit dem bloßen Auge untersucht oder zur Analyse mit einer Kamera erfasst werden. Während für PIV jede Lichtquelle ausreichen kann, wird in der Regel ein Laser verwendet, wenn Genauigkeit wichtig ist.
Die Filmfotografie war die Hauptmethode zur Aufzeichnung von Partikelbewegungen, als PIV zum ersten Mal entwickelt wurde, obwohl die Erfindung kostengünstiger Digitalkameras den analogen Ansatz überflüssig gemacht hat. Hochauflösende digitale Partikelbilder sind mittlerweile an der Tagesordnung. Einige Computerprogramme können jeden Tracer in einem PIV-Bild automatisch erkennen und verfolgen und Echtzeitdaten über die Bewegung einer Flüssigkeit bereitstellen.
Die Standard-Partikelbild-Velocimetrie zeichnet die Bewegung eines Fluids in zwei Dimensionen auf. Einige Variationen von PIV verbessern diese Fähigkeit und ermöglichen eine dreidimensionale Visualisierung. Dieser Ansatz verwendet zwei Kameras anstelle von einer und wird häufig als stereoskopisches PIV bezeichnet . Mithilfe einer speziellen Computersoftware werden die Ansichten dieser beiden Kameras kombiniert, um eine neue Ansicht zu erstellen.
Die Velocimetrie von Bildern hat viele Anwendungsmöglichkeiten. Es wird häufig im Bereich der Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt und ermöglicht Wissenschaftlern, den Luftstrom über einen Flugzeugflügel oder eine andere Steuerfläche zu sehen. PIV wird auch im Gesundheitswesen eingesetzt. Das Studium der Flüssigkeitsbewegung im Körper hilft Ärzten, die Durchblutung zu visualisieren und neue medizinische Implantate zu entwickeln. Darüber hinaus verwenden Biologen manchmal auch Partikelbild-Velocimetrie, um die Schwimmbewegung von Fischen oder anderen Meerestieren zu untersuchen.