Partikelbildverfolgung

Partikelbildverfolgung ist ein Sammelbegriff für optische Messverfahren zur Erfassung von Strömungsgeschwindigkeiten, bei denen Tracerpartikel in einer Flüssigkeit oder Gasströmung sichtbar gemacht und deren Bewegung zwischen aufeinanderfolgenden Bildern analysiert wird. Typische Anforderungen sind eine ruhige Beleuchtung, geeignete Partikelgrößen und eine Kameraanordnung, oft ergänzt durch eine Laserquelle, die ein Lichtblatt erzeugt.

Es gibt zwei Hauptansätze: Partikelbildverfolgung (PIV) und Partikelverfolgung (PTV). PIV verwendet die Korrelationsanalyse zwischen benachbarten Bildbereichen, um ein kontinuierliches Geschwindigkeitsfeld über das Messfeld zu rekonstruieren. Aus den Verschiebungen der Partikelbilder pro Interrogationsfenster wird die Geschwindigkeit durch den Zeitabstand approximiert. PTV verfolgt dagegen einzelne Partikel-Positionen zwischen Bildern und liefert Trajektorien sowie Geschwindigkeiten, insbesondere bei geringerer Tracer-Dichte. In 3D-Anwendungen kommen Stereo- oder Tomographie-Varianten zum Einsatz (z. B. Stereo-PIV, Tomo-PIV, 3D-PTV).

Die Auswertung erfordert Kalibrierung, Umrechnung von Bildkoordinaten in reale Koordinaten, Korrektur von Objektivverzerrungen und Validierungsverfahren zur Fehlerreduktion. Typische Messungen liefern räumlich dicht verteilte Geschwindigkeitsfelder oder Trajektorien einzelner Partikel, oft begleitet von Unsicherheiten und Grenzebenen aufgrund der Ausrichtungs- und Seeding-Qualität.

Anwendungen finden sich in der Aerodynamik, Hydrodynamik, Mikrofluidik, Prozessengineering und HVAC-Systemen, wo nicht invasive, zeitaufgelöste Strömungsdaten benötigt werden. Vorteile sind Nicht-Invasivität und hohe räumliche Auflösung; Einschränkungen ergeben sich durch Seeding-Dichte, Ausfluss aus dem Bildfeld, Kosten der Ausrüstung und komplexe Datenverarbeitung.