PIV: Particle Image Velocimetry

La técnica de velocimetría por imagen de partículas (PIV) se basa en el desplazamiento de unas partículas introducidas en fluido estudiado. A partir de dos imágenes succesivas de la posición de las partículas, se puede determinar el desplazamiento de dichas partículas. Conociendo el tiempo transcurrido entre dos fotogramas, se determina la velocidad de las partículas.

El grupo ITEA ha usado ampliamente esta técnica de medida, y ha participado activamente en su elaboración y perfeccionamiento, tanto a nivel de algoritmos de correlación de la imagen (Local Field Correction), como en el análisis y la corrección de errores de medida.

La experiencia del grupo en este campo culmina en una intensa campaña de medida en el Noise Test Facility de Qinetiq, Farnborough, Inglaterra. El objeto de dicha campaña de medida es proporcionar una base de datos sólida del campo fluido a la sálida de toberas de reactores de aviación (a escala 1/10). La base de datos ha servido para la validación de códigos de simulación numérica para poder predecir el campo fluido y acústico a la salida de los aeroreactores, con el fin de diminuir sustancialemnte el ruido de los grandes aviones de aviación civil.

Campaña de medida en el proyecto CoJeN: Coaxial Jet Noise

Camara anechoica del Noise Test Facility de QinetiQ, Farnbourough, Inglaterra, donde se realizó la campaña de medida experimental de PIV estereoscópico.

Campo de velocidad medio y rms a la salida de una de las toberas ensayadas.

Imagen de partículas típica a la salida de la tobera (situada a la izuierda de la imagen). Las partículas están iluminados por un Laser pulsado Neodimio:YAG para conseguir imagenes de alto contraste y poder ver la prtículas como objetos "fijos".

Contornos del campo de vorticidad (representado en niveles de gris) correspondiendo a la imágen de sembrado de partículas de arriba. Se puede observar una calle de torbellinos que se forma en el labio de la tobera co-axial. La formación de esta estructura dinámica es responsable de un pico de alta frecuencia en el espectro acústico, responsable en parte responsable del ruido emitido por los chorros propulsivos de este tipo de reactores.

Publicaciones recientes relacionadas

• J. Nogueira, A. Lecuona, P. A. Rodríguez: Local field correction PIV, implemented by means of simple algorithms, and multigrid versions, Meas. Sci. Technol. 12, 1911–1921 (2001)
• J. Nogueira, A. Lecuona, P. A. Rodríguez: Limits on the resolution of correlation PIV iterative methods. Fundamentals, Exp. Fluids 39, 305–313 (2005)
• Legrand M (2008) Estudio y caracterización de un quemador estabilizado con giro. PhD Thesis.  Universidad Carlos III de Madrid, Spain
• Nauri S, Nogueira J, Lecuona A, Legrand M, Rodríguez PA (2008) Limits and accuracy of the stereo LFC-PIV Technique and its application to flows of industrial interest. Exp Fluids 45/4:609–621
• Nogueira J, Legrand M, Nauri S, Rodríguez PA, Lecuona A (2008) Analysis of the vortex street generated at the core bypass lip of a jet engine nozzle. Top Appl Phys 112:419–428
• Nogueira J, Lecuona A, Nauri S, Legrand M, Rodríguez PA (2009) Multiple Dt strategy for particle image velocimetry (PIV) error correction, applied to a hot propulsive jet. Meas Sci Technol 20(7):074001
• Legrand M, Nogueira J, Lecuona A, Rodriguez PA, Nauris S (2010), “Atmospheric Low Swirl Burner flow characterization with Stereo-PIV”, Exp. in  Fluids, Vol 48 (5) pp 901-913.
• M. Legrand, A. Lecuona, J. Nogueira, R. Ventas. Simultaneous assessment of peak-locking and CCD readout errors through a multiple Dt strategy Exp Fluids (2012) 53:121–135.
• M. Legrand, J. Nogueira, A. Lecuona Flow temporal reconstruction from non-time-resolved data part I: mathematic fundamentals Exp Fluids (2011) 51:1047–1055
• M. Legrand, S. Tachibana, S. Nauri, J. Nogueira, A. Lecuona Flow temporal reconstruction from non time-resolved data part II: practical implementation, methodology validation, and applications Exp Fluids (2011) 51:861–870
• Legrand, M.; Nogueira, J.; Vargas, A.A.; Ventas, R.; Rodriguez-Hidalgo, M.C. CCD image sensor induced error in PIV applications  Measurement Science and Technology, Volume 25-6 (2014)

Análisis de errores de medida

El grupo ITEA dirige también su atención en el análisis de errores de medida en el marco de la técnica PIV y su variante estereoscópica. La gráfica de la derecha representa la magnitus de un error conocido como "peak locking", o "pixel locking", originado por problemas de discretización de la imagen de partículas.

Se han identificado otros tipos de errores, como el fenómeno de "group locking" y un bías en el sistema de lectura de las cámaras digitales comunmente usadas en esta técnica de medida.