Utilization of Particle Image velocimetry in PPOOLEX condensation experiments

Abstract

Particle Image Velocimetry, PIV, is an optical measuring technique to obtain velocity information of a flow in interest. With PIV it is possible to achieve two or three dimensional velocity vector fields from a measurement area instead of a single point in a flow. Measured flow can be either in liquid or in gas form. PIV is nowadays widely applied to flow field studies. The need for PIV is to obtain validation data for Computational Fluid Dynamics calculation programs that has been used to model blow down experiments in PPOOLEX test facility in the Lappeenranta University of Technology. In this thesis PIV and its theoretical background are presented. All the subsystems that can be considered to be part of a PIV system are presented as well with detail. Emphasis is also put to the mathematics behind the image evaluation. The work also included selection and successful testing of a PIV system, as well as the planning of the installation to the PPOOLEX facility. Already in the preliminary testing PIV was found to be good addition to the measuring equipment for Nuclear Safety Research Unit of LUT. The installation to PPOOLEX facility was successful even though there were many restrictions considering it. All parts of the PIV system worked and they were found out to be appropriate for the planned use. Results and observations presented in this thesis are a good background to further PIV use.

Particle Image Velocimetry, PIV, on optinen mittaustekniikka, jolla voidaan saada tutkittavasta virtauksesta nopeusinformaatiota. PIV-tekniikan avulla virtauksesta saadaan kaksi- tai kolmiulotteisia nopeusvektoreita tutkittavalta mitta-alueelta yhden pisteen sijasta. Mitattava virtaus voi olla joko kaasua tai nestettä. PIV-tekniikkaa sovelletaan nykyään laajalti virtausmittauksiin. PIV:llä on tarkoitus saada hankittua validointidataa laskennallisten virtausmallinnusohjelmien tarpeisiin Lappeenrannan teknillisen yliopiston, LUT, PPOOLEX-laitteiston ulospuhalluskokeiden mallinnusta varten. Tässä työssä esitellään PIV ja sen teoreettinen tausta. Työssä esitellään myös yksityiskohtaisesti kaikki PIV-mittauslaitteistoon luettavaksi kuuluvat osat ja kuvien analysoinnin matemaattinen tausta. Työhön kuului myös toimivan PIV-mittauslaitteiston kokoaminen ja testaus sekä sen sijoittamissuunnitelma PPOOLEX-laitteistoon. Jo alustavissa kokeissa PIV:n havaittiin olevan hyvä lisä LUT:n Ydinturvallisuuden tutkimusyksikön mittauslaitteistoihin. Sijoittaminen ja asentaminen PPOOLEX-laitteistoon onnistui hyvin ja se todettiin toimivaksi, vaikkakin rajoituksia oli paljon. Kaikki PIV-mittalaitteiston osat toimivat ja ne todettiin tarkoituksenmukaisiksi. Työssä esitellyt tulokset ja huomiot ovat hyvä perusta PIV-mittauksille tulevaisuudessa.