Determinação dos campos de velocidades de escoamento bifásicos usando PIV-PTV

Abstract

No domínio da hidráulica fluvial é fundamental conhecer o campo de velocidades das fases sólidas e líquidas (sedimentos e água). A partir do campo de velocidades é possível quantificar diversas variáveis, nomeadamente as tensões de corte, identificar zonas de recirculação, entre outras. O desenvolvimento de técnicas óticas permitiu o desenvolvimento de técnicas de medida baseadas na aquisição e no processamento de imagem, nomeadamente o PIV (particle image velocimetry) e o PTV (particle tracking velocimetry). Neste artigo apresenta-se um algoritmo que combina ambas as técnicas, PIV e PTV, permitindo assim, juntar os pontos fortes de cada uma das técnicas e possibilitando a medição simultânea do campo de velocidades da água e dos sedimentos e estudar mais detalhadamente a interação fluido-sedimentos. As vantagens e limitações do algoritmo proposto são exploradas e discutidas com recurso a um conjunto de experiências laboratoriais.

In the domain of fluvial hydraulics, it is critical to know the velocity field of both solid and liquid phases (sediments and water). From the velocity field it is possible to determine different variables such as shear stresses, identify recirculation regions, etc. The development of optical techniques allowed for measurement techniques based on image acquisition and processing, namely PIV (particle image velocimetry) and PTV (particle tracking velocimetry). In this paper an algorithm combining both PIV and PTV techniques is presented, allowing in this way to profit from each technique strong points and allowing the simultaneous measurement of the water and sediment layer velocity fields and to obtain a better know how of the fluid-sediment interaction. The advantages and limitations of the proposed techniques are explored and debated by means of a laboratory experiment.