粒子画像流速測定とは

粒子画像流速測定（PIV）は、流体内の粒子の流れを視覚化するために一般的に使用される方法です。 PIVは多くの場合、研究または教育目的で実装され、科学者は水などの液体の速度と動きを測定できます。 粒子画像の速度測定にはいくつかのアプローチがあり、新しい技術が開発されるにつれてこの技術は改善され続けています。

流体の動きを視覚化するために、「トレーサー」と呼ばれる非常に小さな粒子が流れに導入されます。 これらのトレーサー粒子はサイズが小さいため、研究対象の流体とほぼ同じように動作します。 PIVで使用されるトレーサーは科学者が照らすことができ、簡単に見えるようになります。 粒子画像流速測定では、コンピューターソフトウェアを使用して、目に見えるトレーサーを記録および強化します。

いくつかの異なるトレーサー粒子を使用できます。 小さなガラスビーズ、アルミニウムフレーク、および油滴は、この目的のために実装できる3つの一般的な材料です。 これらのトレーサーは光を非常によく反射し、液体の視認性を高めます。 光の反射は肉眼で調べることも、分析のためにカメラでキャプチャすることもできます。 PIVには任意の光源で十分ですが、通常、精度が重要な場合はレーザーが使用されます。

フィルム写真は、PIVが最初に開発されたときの粒子の動きを記録する主な方法でしたが、安価なデジタルカメラの発明によりアナログアプローチは時代遅れになりました。 現在、高解像度のデジタルパーティクル画像が一般的です。 一部のコンピュータープログラムは、PIV画像内の各トレーサーを自動的に認識および追跡し、流体の動きに関するリアルタイムデータを提供できます。

標準粒子画像流速測定法では、流体の動きを2次元で記録します。 PIVのいくつかのバリエーションはこの機能を強化し、3次元の視覚化を可能にします。 このアプローチでは、1台ではなく2台のカメラを使用し、しばしばステレオスコピックPIVと呼ばれます。 特別なコンピューターソフトウェアを使用して、これら2台のカメラの視点を組み合わせて、新しい視点を作成します。

粒子画像流速測定には多くの用途があります。 航空宇宙工学の分野で一般的に使用されており、科学者は航空機の翼または他の操縦翼面上の気流を見ることができます。 PIVは医療業界でも使用されています。 体内の液体の動きの研究は、医師が血液循環を視覚化し、新しい医療インプラントを開発するのに役立ちます。 さらに、生物学者は、粒子画像流速測定法を使用して、魚や他の海の生物の遊泳運動を研究することもあります。