Echo Velocimetria por Imagem de Partículas

O transporte de massa, momentum e energia em fluxos de fluidos, em última análise determinada por distribuições espaço-temporais do campo de velocidade do fluido. ^Uma conseqüência, um pré-requisito para a compreensão, previsão e controle dos fluxos de fluidos é a capacidade de medir o campo de velocidade com adequada espacial e resolução temporal. ² Para medições de velocidade em fluidos opticamente opacos ou através de geometrias opticamente opacos, ecoam velocimetria de partículas de imagem (EPIV) é uma técnica de diagnóstico atrativo para gerar "instantâneas" bidimensionais campos de velocidade. ^3,4,5,6 Neste papel, o protocolo de funcionamento de um sistema de EPIV construída através da integração de uma máquina de ultra-som comercial médico ⁷ com um PC rodando velocimetria de imagem de partículas comercial (PIV) de software ⁸ é descrito, e medições de validação em Hagen-Poiseuille (ou seja, laminar tubo) fluxo são relatados .

Para a medida EPIVmentos, uma sonda de agrupamento por fase ligada à máquina de ultra-som médico é usado para gerar uma imagem de ultra-som bidimensional pulsando os elementos piezoeléctricos de sonda em momentos diferentes. Cada elemento de sonda transmite um impulso de ultra-som para dentro do fluido, e as partículas de marcadores nos fluidos (de ocorrência natural ou semeado) reflectem ecos de ultra-som de volta para a sonda onde são registados. A amplitude das ondas de ultra-som reflectido e seu tempo de atraso em relação à transmissão, são utilizadas para criar o que é conhecido como modo B (modo de luminosidade) imagens bidimensionais de ultra-som. Especificamente, o tempo de atraso é usado para determinar a posição do dispersor no fluido e a amplitude é utilizado para designar a intensidade do espalhador. O tempo necessário para obter uma imagem B de modo único, t, é determinado pelo tempo que leva para pulsar todos os elementos da sonda phased array. Para a aquisição de várias imagens no modo B, a taxa de quadros do sistema em quadros por segundo (fps) = 1 / e delta; t. (Veja 9 para uma revisão de ultra-sonografia.)

Para uma experiência típica EPIV, a taxa de fotogramas é entre 20-60 fps, dependendo das condições de fluxo e 100-1000 B-modo imagens da distribuição espacial das partículas no fluxo de traçadores foram adquiridos. Uma vez adquirido, as imagens de ultra-som modo B são transmitidos através de uma conexão ethernet para o PC rodando o software PIV comercial. Utilizando o software de PIV, os campos de deslocação das partículas de rastreamento, D (x, y) [pixels], (em que x e y indicam horizontal e vertical, a posição espacial da imagem de ultra-som, respectivamente) foram adquiridos através da aplicação de algoritmos de correlação cruzada para ultra-som sucessivo B- Imagens no modo. ¹⁰ Os campos de velocidade, u (x, y) [m / s], são determinados a partir dos campos de deslocamentos, sabendo que o passo de tempo entre pares de imagens, AT [s] e ampliação da imagem, M [metros / pixel ], ou seja, u (x, y) = MD (x, y) / AT. O passo b momentontre imagens AT = 1/fps + D (x, y) / B, em que B [pixels / s] é o tempo que leva para que a sonda de ultra-som para varrer toda a largura da imagem. No presente estudo, M = 77 [um / pixel], fps = 49,5 [1 / s], e B = [25047 pixels / s]. Uma vez adquirido, os campos de velocidade podem ser analisados ​​para calcular as quantidades de escoamento de interesse.