Acquisizione del campo di velocità con risoluzione temporale a frequenza kHz

Il principio di misura rimane identico alla PIV standard: illuminazione a piano laser, acquisizione di coppie di immagini delle particelle traccianti, correlazione incrociata per il calcolo del vettore di spostamento. Ciò che cambia radicalmente è l'hardware. I laser a doppia cavità Nd:YAG della PIV classica non sono adatti a frequenze superiori a poche decine di Hz: per raggiungere il kHz è necessario passare a laser a cavità singola ad alta ripetizione, con energia per impulso inferiore ma frequenza di fuoco compatibile con le esigenze temporali. Sul lato acquisizione, i sensori CCD doppio-frame lasciano il posto a telecamere CMOS ad alta velocità con sensori ad alta sensibilità, in grado di acquisire migliaia di frame al secondo mantenendo un rapporto segnale-rumore accettabile.

La disponibilità di sequenze temporalmente risolte apre l'accesso a grandezze derivate inaccessibili con la PIV standard: vorticità istantanea e sua evoluzione nel tempo, pressione ricostruita per integrazione del campo di accelerazione, spettri di fluttuazione turbolenta, tracciamento di strutture vorticose coerenti. Le applicazioni tipiche includono aeroacustica e generazione di rumore aerodinamico, flusso in-cylinder in motori ottici con risoluzione del ciclo di aspirazione e compressione, instabilità in stadi di turbine e compressori, scie in transizione e applicazioni biomediche su flussi pulsatili. Un aspetto rilevante per chi dispone già di un sistema PIV è la compatibilità modulare: in molti casi è possibile aggiornare un setup esistente con laser e telecamere ad alta velocità senza sostituire l'intera catena di acquisizione. Il team Luchsinger supporta la valutazione della frequenza di acquisizione necessaria in funzione del fenomeno da studiare e la pianificazione di un eventuale upgrade progressivo.