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

Abstract

No domínio da hidráulica fluvial, é fundamental conhecer o campo de velocidades das fases sólida (sedimentos) e líquida (água). A partir do campo de velocidades instantâneas é possível quantificar diversas variáveis incluindo intensidades da turbulência e tensões de corte e identificar zonas de separação, recirculação, etc. O desenvolvimento de técnicas óticas permitiu o desenvolvimento de instrumentos de medição baseados na aquisição e no processamento de imagens, 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 (sediments) and liquid phases (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 discussed by means of a laboratory experiment.