PIV원리와 적용

소개글

PIV원리와 적용에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. PIV의 원리

2. PIV(Particle Image Velocimetry)를 이용한 유동 가시화 기법
1) 개 요
2) PIV의 분류 및 적용
3) 시스템 구성

3. 여러 가지 유동 가시화 기법
1) SHADOWGRAPH METHOD
2) SCHLIEREN METHOD
3) MACH-ZEHNDER INTERFEROMETER Method
4) tellurium methord
5) 수소 기포법(THE HYDROGEN-BUBBLE METHOD)
6) 연기를 이용한 방법(Visualization Techniques Using Smoke)

본문내용

& post processing과정 개선에 전세계적으로 많은 노력을 기울여 왔다. 최근에는 속도장 계측의 정확도와 dynamic range가 크게 향상되어 고속의 난류유동 계측도 가능하게 되었다. 또한 Stereoscopic PIV나 Holographic PIV와 같은 3차원 속도장 측정기법에 대한 연구도 활발하다.
이러한 화상처리를 이용한 PIV 측정기법은 점점 발달 되어가는 컴퓨터 및 화상처리 기술에 힘입어 장차 복잡한 열유동 문제의 규명 및 유동구조의 물리적 진단에 있어서 가장 효과적이고 강력한 계측방법이 될 것이다.
2. PIV(Particle Image Velocimetry)를 이용한 유동 가시화 기법
1) 개 요
유동 가시화를 위해 눈에 잘 보이지 않는 유체 흐름중에 추적 입자를 넣고 적당한 조명을 가한되 가케라 등으로 순시 또는 시간평군의 유동장을 기록하여 유체역학적인 특성을 고찰하는 작업을 가시화(visualization)라고 부른다. 특히 최근에는 디지털 영상처리기법(digital image processing)은 컴퓨터를 비롯한 관련 하드웨어의 비약적인 발전과 더불어 수많은 적용례를 보이고 있다. 이와 같은 추이 속에서 유체의 기본물리량을 동시다점으로 계측할 수 있는 PIV(Particle Image Velocimetry, 입자영상유속계가 최근에 각광을 받고 있다. 이 방법은 원리적으로 3성분의 속도를 동시에 전영역에 걸쳐 연속으로 계측할 수가 있으며 이 값들을 NS(Navier-Stokes)방정식에 대입하여 압력구배항을 공간적분하면 벽면의 정압까지를 포함한 순시의 압력장을 구할 수가 있다. 또한 추적입자로서 온도감온 입자를 이용하면 공간의 온도분포까지도 동시에 구해진다. 이와 같이 PIV는 5종류의 기본물리량(u, v, w, p, t) 을 모두 한꺼번에 측정할 수 있음으로서 장래에는 전산유체역학에 대응할 수 있는 유일한 계측기법으로 인식되고 있다.
그러나 PIV의 성능은 하드웨어의 면에서는 호스트컴퓨터의 대용량 고속연산기능에 의존하며 소프트웨어의 관점에서는 속도벡터의 추출알고리듬의 효율에 좌우되는 특성을 지니고 있다. 한편 디지털 영상처리분야는 컴퓨터 관련기술과 병행하여 급속하게 발달하여 왔으며 가시화에 관련된 연구자들이 이와 같은 기술을 적극적으로 수용하여 유동장의 영상처리를 신속하고도 정도높게 또한 경제적으로 행할 수 있게 되었다. 현재에는 레이저의 광학특성과 정지사진기법을 적용한 초기의 기법에서 크게 발전하여 고기능의 다양한 멀티미디어제품을 활용하여 PIV성능을 향상시킬 수 있는 단계에 와 있다.
2) PIV의 분류 및 적용
① PIV의 구분
② 상호상관 PIV
시간 해상도면에서 상호상관 PIV에 가장 적합한 선택은 우선 고속도 비디오카메라를 들 수가 있다. 여기에서는 카메라가 제공하는 기계적인 프레임수에 따라 공간해상도가 자동으로 설정되며 단지 충분한 조명이 필요하다. 그러나 현재의 고속도비디오 카메라는 일반적으로 공간해상도가 낮으며(최대 500×500 픽셀 수준) 풀사이즈에서 프레임수도 103머물고 있다. 이 때에 얻을 수 있는 최대 계측속도는 10m/sec전후라고 보여진다. 다음으로 선택할 수 있는 것이 레이저의 연속광을 단속적으로 절단(chopping)하여 짧은 펄스조명의 발생을 비디오의 동기신호와 연계시키는 방법이다. 여기에서는 비월주사방식(interlace scanning)의 비디오프레임(frame, 1/30초)의 두 피일드(odd 와 even field, 1/60초)에 임의의 미소 펄스폭과 간격을 갖는 펄스광을 연속적으로 발광시켜서 유동장의 영상을 비디오방식으로 저장하는 기법이다(그림3 참조). 크게 미캐니컬

키워드

입자,   piv,   계측,   화상,   속도