Prędkość przepływu płynu przy użyciu anemometrii obrazowej PIV

Cyfrowa anemometria obrazowa polega na fotografowaniu cząsteczek zawiesiny umieszczonych w przepływie. Metoda pomiarowa wymaga, aby ściany obszaru, w którym umieszony jest badany model były przeźroczyste. W wyniku pomiaru otrzymujemy ilościowy, przestrzenny obraz przepływu (wektory prędkości określające wartości współrzędnych wraz z ich zwrotem). Metoda pomiaru jest bezinwazyjna, gdyż nie wymaga wprowadzenia do przepływu czujników zakłócających przepływ. Jedynym zakłóceniem przepływu jest wprowadzenie zawiesiny, tak dobranej, aby poruszała się z prędkością badanego medium. W przypadku przepływów w cieczach po wprowadzeniu do przepływu ciekłych kryształów metoda umożliwia pomiary pól temperatur (Particle Image Thermometry – PIT).
Narzędziem pomiarowym w tych badaniach są kamery cyfrowe (CCD), umożliwiające wykonanie dwóch zdjęć w znanym odstępie czasu. Fotografowana powierzchnia przepływu oświetlana jest płaszczyzną światła (tzw. „nóż świetlny”). Rejestracja obrazów odbywa się w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny światła. Metoda pomiarowa wymaga zastosowania impulsowego oświetlenia obiektu. Dodatkowo źródło światła musi być zsynchronizowane z kamerą, a dokładniej z momentem wykonywania zdjęć.
Istota metody pomiarowej zostanie przedstawiona w przypadku przepływu płaskiego. W celu wyznaczenia lokalnego przemieszczenia znaczników z obrazów I1 i I2 (I - intensywność pikseli obrazu) wybierane są podobrazy Is1 i Is2, nazywane maską. Dla każdego położenia maski wyliczana jest dwuwymiarowa funkcja korelacji wzajemnej. Położenie maksimum funkcji wskazuje przesunięcie wektora w płaszczyźnie xy. Należy zauważyć, że tak wyznaczone przemieszczenie jest średnim przemieszczeniem w obrębie maski. Wynika z tego, że metoda ma charakter statystyczny i wymagane jest, aby w obrębie maski znajdowała się odpowiednia ilość znaczników. Znając przemieszczenie i czas pomiędzy zdjęciami można wyliczyć pole prędkości przepływu.