Particle Image Velocimetry (PIV) ist eine Methode, die häufig verwendet wird, um den Fluss von Partikeln in einer Flüssigkeit zu visualisieren. PIV wird häufig zu Forschungs- oder Bildungszwecken eingesetzt und ermöglicht es einem Wissenschaftler, die Geschwindigkeit und Bewegung von Flüssigkeiten wie Wasser zu messen. Es gibt mehrere Ansätze für die Partikelbild-Velocimetrie, und die Technik wird mit der Entwicklung neuer Technologien ständig verbessert.
Um die Bewegung einer Flüssigkeit zu visualisieren, werden sehr kleine Partikel, sogenannte Tracer, in die Strömung eingebracht. Aufgrund ihrer geringen Größe verhalten sich diese Tracer-Partikel nahezu identisch mit der untersuchten Flüssigkeit. Die in PIV verwendeten Tracer können vom Wissenschaftler beleuchtet werden, wodurch sie gut sichtbar sind. Die Partikelbild-Geschwindigkeitsmessung verwendet häufig Computersoftware, um die sichtbaren Tracer aufzuzeichnen und zu verbessern.
Einige verschiedene Tracer-Partikel können verwendet werden; kleine Glasperlen, Aluminiumflocken und Öltröpfchen sind drei gängige Materialien, die für diesen Zweck verwendet werden können. Diese Tracer reflektieren das Licht sehr gut und erhöhen die Sichtbarkeit einer Flüssigkeit. Lichtreflexionen können mit bloßem Auge untersucht oder zur Analyse von einer Kamera erfasst werden. Während jede Lichtquelle für PIV ausreichend sein kann, wird typischerweise ein Laser verwendet, wenn es auf Genauigkeit ankommt.
Als PIV entwickelt wurde, war die Filmfotografie die wichtigste Methode zur Aufzeichnung von Partikelbewegungen, obwohl die Erfindung kostengünstiger Digitalkameras den analogen Ansatz überflüssig gemacht hat. Hochauflösende digitale Partikelbilder sind mittlerweile an der Tagesordnung. Einige Computerprogramme sind in der Lage, jeden Tracer in einem PIV-Bild automatisch zu erkennen und zu verfolgen und Echtzeitdaten über die Bewegung einer Flüssigkeit bereitzustellen.
Die Standard-Partikelbild-Velocimetrie zeichnet die Bewegung einer Flüssigkeit in zwei Dimensionen auf. Einige Variationen von PIV verbessern diese Fähigkeit und ermöglichen eine dreidimensionale Visualisierung. Dieser Ansatz verwendet zwei statt einer Kamera und wird oft als stereoskopisches PIV bezeichnet. Mittels spezieller Computersoftware werden die Blickwinkel dieser beiden Kameras zu einem neuen Blickwinkel kombiniert.
Die Partikelbild-Geschwindigkeitsmessung hat viele Anwendungen. Es wird häufig in der Luft- und Raumfahrttechnik verwendet und ermöglicht es Wissenschaftlern, den Luftstrom über einem Flugzeugflügel oder einer anderen Steuerfläche zu sehen. PIV wird auch im Gesundheitswesen verwendet. Die Untersuchung der Flüssigkeitsbewegung im Körper hilft Ärzten, die Blutzirkulation zu visualisieren und neue medizinische Implantate zu entwickeln. Darüber hinaus verwenden Biologen manchmal auch die Partikelbild-Velocimetrie, um die Schwimmbewegung von Fischen oder anderen Meeresbewohnern zu untersuchen.