La velocimetría de seguimiento de partículas ( PTV ) es un método de velocimetría , es decir, una técnica para medir velocidades y trayectorias de objetos en movimiento. En la investigación de mecánica de fluidos, estos objetos son partículas de flotabilidad neutra que están suspendidas en el flujo de fluido. Como sugiere el nombre, se rastrean partículas individuales, por lo que esta técnica es un enfoque lagrangiano, en contraste con la velocimetría de imágenes de partículas (PIV), que es un método euleriano que mide la velocidad del fluido a medida que pasa por el punto de observación, que está fijo en el espacio. Hay dos métodos experimentales de PTV:
La velocimetría de seguimiento de partículas en 3D (PTV) pertenece a la clase de técnicas de velocimetría de campo completo utilizadas en el estudio de flujos turbulentos, permitiendo la determinación de distribuciones instantáneas de velocidad y vorticidad en dos o tres dimensiones espaciales. La PTV en 3D produce una serie temporal de vectores de velocidad instantáneos de 3 componentes en forma de trayectorias de elementos de fluido. En cualquier instante, la densidad de datos puede superar fácilmente los 10 vectores de velocidad por centímetro cúbico. El método se basa en imágenes estereoscópicas (utilizando de 2 a 4 cámaras) y en el registro sincrónico del movimiento de trazadores de flujo, es decir, pequeñas partículas suspendidas en el flujo, iluminadas por una fuente de luz estroboscópica. Las coordenadas de partículas en 3D en función del tiempo se derivan luego mediante el uso de análisis de imágenes y fotogramétrico de cada conjunto estereoscópico de fotogramas. Las posiciones de partículas en 3D se rastrean en el dominio del tiempo para derivar las trayectorias de partículas. La capacidad de seguir (rastrear) un conjunto de partículas individuales denso en el espacio durante un período de tiempo suficientemente largo y de realizar un análisis estadístico de sus propiedades permite una descripción lagrangiana del proceso de flujo turbulento. Esta es una ventaja única del método PTV 3-D.
Una implementación típica del 3D-PTV consiste en dos, tres o cuatro cámaras digitales, instaladas en una configuración angular y que registran de manera sincronizada la luz difractada o fluorescente de los trazadores de flujo sembrados en el flujo. El flujo se ilumina con un rayo láser colimado, o con otra fuente de luz que a menudo se ilumina de manera estroboscópica, de manera sincronizada con la velocidad de cuadros de la cámara, para reducir el tiempo de exposición efectivo de los objetivos ópticos móviles y "congelar" su posición en cada cuadro. No hay ninguna restricción en cuanto a que la luz sea coherente o monocromática ; solo su iluminancia debe ser suficiente para obtener imágenes de las partículas trazadoras en el volumen de observación. Las partículas o trazadores pueden ser fluorescentes , difractivos , rastreados a través de tantos cuadros consecutivos como sea posible y en tantas cámaras como sea posible para maximizar la precisión de posicionamiento. En principio, dos cámaras en configuración estereoscópica son suficientes para determinar las tres coordenadas de una partícula en el espacio, pero en la mayoría de situaciones prácticas se utilizan tres o cuatro cámaras para alcanzar una precisión de posicionamiento 3D satisfactoria, así como aumentar el rendimiento de la trayectoria al estudiar flujos completamente turbulentos.
Existen varias versiones de esquemas 3D-PTV. La mayoría de ellas utilizan 3 CCD [1] o 4 CCD [2] .
El uso de luz blanca para iluminar el volumen de observación, en lugar de iluminación basada en láser, reduce sustancialmente tanto el costo como los requisitos de salud y seguridad. [ cita requerida ] El desarrollo inicial del método PTV 3-D comenzó como un proyecto conjunto entre el Instituto de Geodesia y Fotogrametría y el Instituto de Hidráulica de ETH Zurich. [ cita requerida ] Los desarrollos posteriores de la técnica incluyen el procesamiento de imágenes en tiempo real utilizando un chip FPGA en la cámara. [3]