Vizualizace proudění

V roce 2010 se naše laboratoř stala prvním místem v Evropě, kde probíhá visualizace kryogenních proudění pomocí metod PIV (Particle Image Velocimetry- planární laserová anemometrie) a PTV (Particle Tracking Velocimetry- sledování stopovacích častic). Máme k dispozici potřebná zařízení pro provádění visualizačních experimentů při nízkých teplotách. Zahrnují komerční kryostat s námi narženým optickým přístupem (pět optických oken), výkonný 5 W pevnolátkový CW laser a rychlou vysoce citlivou digitální kameru schopnou detekce 6200 snímků za vteřinu.

Obě visualizační metody PIV a PTV vyžadují stopovací částice mikronových rozměrů rozptylující laserové záření, které je detegováno kamerou a poskytuje tak informaci o poloze částic. V závislosti na vybrané metodě je pak statisticky získáno buď rychlostní pole proudění z poloh mnoha částic (PIV, vysoká koncwentrace částic, Eulerův přístup) nebo časově rozlišené trajektorie jednotlivých částic (PTV, nízká koncentrace částic, Lagrangeův přístup).

Pro visualizaci kryogenních proudění jsme navrhli a vyrobili speciální systém přípravy stopovacích částic mikronových rozměrů, schopný vstřikování zmrzlých vloček pevného vodíku, deutéria nebo jejich v kapalném heliu volně se vznášejíci směsi přímo do kapalného helia. Kryostat je napojen na výkonnou čerpací jednotku přes počítačem řízený křídlový ventil. Tento systém umožňuje velmi přesnou automatickou regulaci teploty s požadovaným průběhem. Sofistikovaný komerční software "Dantec studio" a další námi vyvinuté programové vybavení umožňuje analýzu velkého množství visualizačních dat.

Tepelně generovaný protiproud normální a supratekuté složky 4He, zejména statistika rozdělení rychlostí a zrychlení stopovacích částic, supratekuté obtékání objektů jako válec či hranol či oscilační kryogenní proudění patří k těm, které buď již studujeme nebo o jejich studiu v blízké budoucnosti uvažujeme.