Hva er velocimetri av partikkelbilde?

Particle image velocimetry (PIV) er en metode som ofte brukes for å visualisere strømmen av partikler i en væske. PIV implementeres ofte for forsknings- eller pedagogiske formål, og lar en forsker måle hastighet og bevegelse av væsker som vann. Det er flere tilnærminger til partikkelbilde-velocimetri, og teknikken fortsetter å forbedre seg når ny teknologi utvikles.

For å visualisere bevegelsen av en væske, introduseres veldig små partikler som kalles "sporer" i strømmen. På grunn av deres lille størrelse oppfører disse sporstoffpartiklene seg på en måte som er nesten identisk med væsken som studeres. Sporerne som brukes i PIV kan bli belyst av forskeren, noe som gjør dem lett synlige. Partikkelbilde-velocimetri bruker ofte programvare for å registrere og forbedre de synlige sporerne.

Noen få forskjellige sporstoffpartikler kan brukes; små glassperler, aluminiumsflak og dråper olje er tre vanlige materialer som kan implementeres for dette formålet. Disse sporstoffene reflekterer lys veldig godt, og øker synligheten til en væske. Lysrefleksjoner kan studeres med det blotte øye, eller fanges opp av et kamera for analyse. Selv om enhver lyskilde kan være tilstrekkelig for PIV, brukes en laser vanligvis når nøyaktighet er viktig.

Filmfotografering var den primære metoden for å registrere partikkelbevegelser da PIV først ble utviklet, selv om oppfinnelsen av billige digitale kameraer har gjort den analoge tilnærmingen foreldet. Digitale partikkelbilder med høy oppløsning er nå vanlig. Noen dataprogrammer er i stand til automatisk å gjenkjenne og spore hver sporer i et PIV-bilde, og gi sanntidsdata om en væskes bevegelse.

Standard partikkelbildevelocimetri registrerer bevegelsen av en væske i to dimensjoner. Noen varianter av PIV forbedrer denne muligheten og tillater tredimensjonal visualisering. Denne tilnærmingen bruker to kameraer i stedet for ett, og kalles ofte stereoskopisk PIV . Ved hjelp av spesiell dataprogramvare kombineres utsiktspunktene fra disse to kameraene for å skape et nytt synspunkt.

Partikkelbilde-velocimetri har mange bruksområder. Det brukes ofte innen luftfartsteknikk, og lar forskere se luftstrømmen over en flyvinge eller annen kontrollflate. PIV brukes også i helsevesenet. Studiet av væskebevegelse i kroppen hjelper leger å visualisere blodsirkulasjonen, og utvikle nye medisinske implantater. I tillegg bruker biologer noen ganger også partikkelbilde-velocimetri for å studere svømming av fisk eller andre sjødyr.