PIVTechniken

PIV-Techniken, oder Particle Image Velocimetry, sind experimentelle Methoden zur Bestimmung von Geschwindigkeitsfeldern in fluids durch das optische Erfassen von Tracerpartikeln. Ein Laserlichtblatt beleuchtet einen Bereich des Flusses, in dem Partikel eingestreut sind. Zwei oder mehr Bilderfolgen, aufgenommen mit hochgeschwindigkeitskameras, ermöglichen durch Korrelationsanalysen der Partikelpositionen in benachbarten Frames die Berechnung lokaler Geschwindigkeiten. In der Regel erfolgt eine mehrstufige Verarbeitung mit mehrpassigen Fensterberechnungen, Window Deformation und subpixeler Peaksuche, um feine Felder zu liefern.

Zu den Grundvarianten gehören 2D-PIV, das eine Ebene des Flusses erfasst und eine zweidimensionale Geschwindigkeit liefert, sowie Stereo-PIV, das mit zwei Kameras drei Geschwindigkeitskomponenten in der Messebene bestimmt. Tomografische PIV nutzt mehrere Kameras, um aus Projection-Reconstruction-Verfahren ein dreidimensionales Geschwindigkeitsfeld im Volumen abzuleiten. Micro-PIV wird in mikrostrukturierten Strömungen eingesetzt, oft mit vergrößerter Abbildung und höherer zeitlicher Auflösung. Holographische PIV bzw. Digital Holographic PIV ermöglichen die Erfassung volumetrischer Partikelverteilungen und deren Rekonstruktion aus 3D-Beobachtungen. Zeitaufgelöste Varianten verwenden sehr hohe Frame-Raten, um transienten Strömungen nachzuspüren.

Typische Anwendungen finden sich in der Aerodynamik, Verbrennungsforschung, Automotive- und Prozessingenieurwesen sowie in Biomedizin- und Mikromedizin-Anwendungen. PIV liefert vollständige Felddaten statt punktueller Messungen und eignet sich gut für turbulente Strömungen sowie für validating gegen Simulationen.

Zu beachten sind Anforderungen an optische Zugänge, geeignete Tracerpartikel, ausreichende Seeding-Dichte, Kalibrierung und die hohe Datenmenge, die Verarbeitung und Validierung erfordert. Einschränkungen umfassen Out-of-Plane-Bewegungen, Partikelinertia und Kosten von Laser- und Kamerasystemen, die den Einsatz beeinflussen.