Vélocimétrie par Images de Particules
En vélocimétrie par images de particules (PIV) des particules réfléchissant la lumière sont ajoutées dans l’écoulement. Un faisceau laser transformé en un plan de lumière illumine les particules d’ensemencement deux fois avec un court intervalle Δt. En PIV 2D, la lumière diffusée est enregistrée sur deux trames consécutives d’une caméra numérique haute résolution. En PIV Stéréo, deux caméras sont utilisées avec un angle d’observation pour mesurer également la troisième composante (hors plan) de la vitesse d’écoulement dans le plan laser.
Pour calculer la vitesse, chaque image est sub-divisée en petites fenêtres d’interrogation. Le déplacement moyen des particules dans une fenêtre d’interrogation est déterminé par une corrélation croisée suivie de la localisation de la pic de corrélation. Les composantes de la vitesse sont calculées à partir de la différence de temps connue ?t et du déplacement mesuré dans chaque direction. La correction de perspective, la compensation de distorsion et la superposition desimages des deux vues sont effectués par les procédures de calibration et Self-Calibration. Les techniques avancées de déformation d’image sont utilisées pour une plus grande précision et meilleure résolution spatiale
Dérivées spatiales et temporelles
À partir d'un champ de vitesse, on peut calculer différentes dérivées spatiales tels que la vorticité et la contrainte de cisaillement. Les statistiques globales fournissent des informations supplémentaires comme l’énergie cinétique turbulente ou les contraintes de Reynolds. Les champs de vitesse résolus en temps, enregistrés avec des caméras et des lasers haute cadence permettent une connaissance plus approfondie de la dynamique et de l’évolution du champ d’écoulement, des trajectoires de fluide, de l’accélération et des statistiques de turbulence.
Un système PIV Tomographique avec typiquement 2 à 4 caméras étend la mesure de l’écoulement en un volume complet. Le traitement comprend d’abord la reconstruction tomographique des intensités des voxels pour chaque pas de temps, puis la corrélation croisée entre des volumes d’interrogation. Cela permet la mesure instantanée des trois composantes de la vitesse dans un volume de mesure tridimensionnel (3D3C) et la visualisation de la structure 3D de l’écoulement. Le tenseur de tous les gradients de vitesse peut être calculé afin de d’obtenir des quantités telles que la vorticité 3D et le tenseur de déformation.
Vélocimétrie résolue en temps par suivi de trajectoires
Shake-the-Box (STB) est la méthode la plus avancée de vélocimétrie par suivi de particules (PTV) 3D lagrangien pour les écoulements à ensemencement dense à haute résolution spatiale. STB profite des avantages des séquences d’images de particules résolues en temps pour produire des suivis lagrangien précis de particules. La méthode utilise la technique itérative de reconstruction de particules (IPR : Iterative Particle Reconstruction) pour initialiser les trajectoires des particules sur plusieurs enregistrements (typiquement quatre). À partir des trajectoires initiales, on extrapole aux pas de temps suivants les positions des particules détectées. L'emplacement des particules est donc d’abord prédit puis corrigé par la technique d'adaptation d'image IPR, appelée « shaking ».
