Measurement Parameters of Particle Image Velocimetry (PIV) for an Open Channel Backward-Facing Step Flow

ＰＩＶ計測では、流速を非接触で計測できる上、同時多点計測が可能であるため、従来の流速計測法と比べ計測時間を大幅に短縮することができる。さらに水の流れを可視化して計測を行うため、流れを目視によって確認しながら計測できるという副次的な利点もある。このようにＰＶＩはきわめて有力な流体観測法であるが、計測パラメータの設定に関して試行錯誤を伴うことが多く、良質なデータを得ることは必ずしも容易ではないことも多い。 本研究では、現有のＰＶＩ計測システムにおける計測パラメータ、すなわち基準枠サイズと追跡枠サイズの設定指針の確立を目的とし、多様な流速分布が実現できる開水路バックステップ流れを対象として、ＰＩＶの測定制度について検討した。検討にはＬＤＡ計測を併用し、ＬＤＡ計測によって得られた計測地を真値とみなし、これらとＰＩＶ計測結果を比較することによりＰＩＶの測定精度を検討した。その結果、基準枠は輝度値の2次元分布パターンを比較する画素サイズであり、明確な分布パターンから得られる枠サイズとしなければならないため、原則として得られたビデオ画像の観察結果から決めざるを得ないことが示された。一方、追跡枠は、当該計測点の輝度値パターンの移動先を探す範囲であり、対象となる流れ場の最大流速および撮影時のフレームレート、1ピクセル当たりの空間分解能とフレームレートによって、計測できる最低流速が決まっていることも合わせて示された。Particle Image Velocimetry(PIV) is a method for measuring velocity distribution of fluctuating water flow or air flow through the digital image processing of multi-couples of images obtained by flow visualization. Using the PIV, velocities at many points in a series of digital images could be easily measured without inserting a measuring probe into flow, which results in a drastic reduction in measuring hours. The PIV also has secondary adovantage in that an experimenter can visually confirm flow patterns in measuring velocity distribution. Despite these advantages, sit is not easy to obtain the velocity measurement parameters in the PIV system. In this paper, two measurement parameters used in the density correlation method and the gray level difference accumulation method of the PIV system, an interrogation region and a search region, were experimentally investigated by comparing the velocity distributions measured by a Laser Doppler Anemometer(LDA) and the PIV. An open channnel backward-facing step flow was used for the investigation because this flow has a great velocity distributions in a relatively short experimental section. The interrogation region is a square frame of pixels, and a two-dimensional distribution pattern of gray level in this region is compared with that in its neighbors in the sensity correlation method. The search region is a square frame of pixels in which the similar pattern to that in the interrogation region is searched in the density correlation method. The results indicated that the interrogation region should have an adequate size of pixels in which a definite distribution pattern of gray level was secured. The search region should be determined by considering the maximum velocity, the frame rate of CCD and the spatial resolution of images