【01】PIV(粒子画像流速測定法)とは

PIV(粒子画像流速測定法)とは、Particle Image Velocimetryの略で、流体中に混入したトレーサ粒子の粒子画像により、2次元平面内の速度および方向を非接触で求めることができる流体計測手法です。目に見えない気流・水流の動きを計測し、解析を行います。

最新のトモグラフィックPIVでは、複数台のカメラを用いて、3次元空間全体の速度3成分を求めることができる世界最先端の流体計測法となります。
 

動作原理

まず、流体中に追従性のよい微小な粒子を混入し、可視化用レーザをシート状にして、短時間 dt の間隔で2回照射します。
どちらの照射も、1台のダブル・フレーム 高解像度CCDカメラで記録します。光路や斜位撮影による画像の歪みは自動的に
補正されます。

[PIVシステムの計測イメージ図]


記録された画像は通常、64×64ピクセルから8×8ピクセルまでの小さなインタロゲーション窓に分割されます。
レーザ出射の間隔 dt の間に、各インタロゲーション窓の粒子は移動量 ds だけ移動します。その時の速度は ds/dt の比率に
よって求められます。粒子の移動量 ds の計算は、対応する2つのインタロゲーション窓の相互相関によって行われます。

高速計算のためには、Wiener-Kinchinの定理を用いたFFT(Fast Fourier Transform=高速フーリエ変換)の使用が一般的
です。これに加え、二次相関、局所適応ウィンドウシフト、高解像度PIV、変形インタロゲーション窓など、先進の相関手法を
選択し性能を向上させることができます。




相互相関 PIVの原理

相関図でのピーク位置とは、あるインタロゲーション窓における粒子の移動量 ds の平均を示します。
最終的に、全インタロゲーション窓の移動ベクトルは、瞬時に全体の速度マップに変換されます。

用途一例

・噴流解析
・渦解析
・自然対流解析
・河川などの表面流れ解析
・昆虫の羽ばたきの流れの解析
・動脈瘤モデルの流れ解析
・声帯における音と流体の相互作用
・エンジンシリンダ内部の空気流動解析
・ポンプ内流れ解析

(上)加湿器から発生する蒸気の粒子画像   (下)蒸気の解析画像