La velocimetria basata sull'analisi di immagini di particelle (PIV) è una tecnica di misura ottica e non intrusiva utilizzata nelle [[Misure fluidodinamiche]] per determinare campi di velocità istantanei.
A differenza dei metodi di misura puntuali, la PIV consente di mappare simultaneamente un'intera area di flusso, rendendola indispensabile per lo studio di fenomeni fluidodinamici non stazionari.
```mermaid
graph LR
A(PIV) --> B(Inseminazione)
A --> C(Illuminazione)
A --> D(Analisi immagini)
B --> E(Particelle traccianti)
C --> F(Lama di luce laser)
D --> G(Vettore velocità)
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classDef sub fill:#9cf,stroke:#333,stroke-width:1px;
class A main;
class B,C,D,E,F,G sub;
```
#### Principio di funzionamento e catena di misura
Il principio della PIV si basa sul tracciamento di microscopiche particelle (seeding) introdotte nel fluido, le quali devono possedere caratteristiche fisiche tali da seguire fedelmente le linee di corrente del flusso senza alterarlo.
Un fascio laser viene espanso attraverso una lente cilindrica per generare una sottile lama di luce che illumina un piano specifico del fluido, rendendo visibili solo le particelle complanari. Una videocamera ad alta velocità, posizionata ortogonalmente alla lama di luce, acquisisce fotogrammi successivi del piano illuminato.
#### Determinazione del vettore velocità
Attraverso algoritmi di [[Misure di dimensioni tramite analisi immagini|analisi di immagini]], i fotogrammi registrati vengono suddivisi in finestre di interrogazione. Confrontando due immagini successive separate da un intervallo di tempo noto $\Delta t$, si determina lo spostamento spaziale medio $\Delta s$ delle particelle all'interno di ciascuna finestra. Il vettore velocità locale $V$ sul piano viene calcolato come:
$V = \frac{\Delta s}{\Delta t} \tag{1}$
L'acquisizione continua di fotogrammi consente di generare mappe di velocità bidimensionali nel tempo, descrivendo l'evoluzione del campo di moto.
#### Estensione tridimensionale (Stereo-PIV)
La PIV standard rileva unicamente le due componenti di velocità giacenti sul piano della lama di luce. Per misurare tutte e tre le componenti spaziali del vettore velocità ($v_x, v_y, v_z$), si utilizza la configurazione Stereo-PIV, la quale impiega due videocamere orientate con angolazioni differenti che inquadrano la medesima area di misura, ricostruendo la terza componente fuori piano mediante calcoli stereoscopici.
### Esempi ed esercizi
Immagina di voler mappare le correnti d'aria in una stanza. Se usi un singolo anemometro, devi spostarlo continuamente da un punto all'altro, perdendo la visione d'insieme. Se invece riempi la stanza di fumo (le particelle traccianti), illumini una sezione della stanza con un foglio di luce laser e scatti due foto a distanza di un millesimo di secondo, potrai vedere esattamente di quanto si è spostato ogni singolo granello di fumo. Dividendo lo spostamento per il tempo trascorso tra le foto, otterrai istantaneamente la mappa di tutti i vortici e le correnti d'aria su quel piano.
##### Domande di teoria
- [ ] Spiega per quale motivo la tecnica PIV è definita "non intrusiva" e discuti l'importanza della scelta delle particelle di inseminazione.
- [ ] Descrivi la relazione matematica utilizzata per calcolare il vettore velocità locale e come viene determinato l'intervallo temporale $\Delta t$.
- [ ] Quali limitazioni presenta la PIV bidimensionale standard rispetto alla tecnica Stereo-PIV nella caratterizzazione di flussi turbolenti tridimensionali?
### Collegamenti
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> [!info]- Risorse
> ![[!Misure meccaniche e termiche#Risorse#Bibliografia]]
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