Experimental Fluid Mechanics goes 3D: New Numerical Methods for Quantitative Instantaneous 3D Imagery of Fluids
Les expériences en mécanique des fluides s'orientent vers le 3D : Nouveaux traitements numériques pour l'imagerie 3D instantanée quantitative de fluides
Résumé
We review recent developments made between three departments at ONERA (DTIM, DAFE, DMAE) with regard to 3D imagery used in fluid mechanics experiments. We first discuss 3D PIV (Particle Image Velocimetry) and present original contributions on the modeling of the imaging process, the reconstruction of the 3D volume of particles and the estimation of the 3D motion field between two time instants. These three contributions emphasize the pointwise character of particles in PIV, in contrast with classical Tomo-PIV approaches, and have been shown to outperform state-of-the-art methods, yielding more accurate 3D velocity estimations. Then, we consider 3DBOS (Background Oriented Schlieren), which is aimed at estimating the instantaneous 3D density field of a moving fluid. We have recently proposed an original one-step numerical approach for 3DBOS. This method has been successfully used in several experiments conducted in various ONERA facilities, in particular in the F2 and S1MA wind tunnels. Finally, we draw some important perspectives, especially for the study of compressible flows by combining both techniques.
Nous présentons les résultats récents concernant la mesure volumique 3D par imagerie en mécanique des fluides expérimentale, issus de développements menés entre les trois départements DTIM, DAFE et DMAE de l’ONERA. Nous discutons d’abord de la mesure 3D de vitesse par imagerie de particules (3D PIV). Nos contributions originales concernent le modèle d’imagerie lui-même, la méthode de reconstruction 3D du volume de particules et l’estimation du champ de déplacements 3D. Leur principe est globalement d’exploiter le caractère ponctuel des particules et de chercher à recourir à des méthodes parcimonieuses (sparse). Ces approches nous ont permis d’atteindre ou même de dépasser l’état de l’art en termes de qualité d’estimation et d’efficacité algorithmique. Nous abordons ensuite la mesure 3D instantanée de la masse volumique par des méthodes de strioscopie BOS (Background Oriented Schlieren). Nous avons proposé récemment une structure originale d’estimation en une étape de la masse volumique à partir des mesures de déviation de la lumière traversant un fluide inhomogène. Cette méthode a été utilisée avec succès dans plusieurs installations expérimentales de l’ONERA, notamment dans les souffleries F2 et S1MA. Enfin, nous traçons quelques perspectives de ces développements en particulier pour la caractérisation expérimentale des fluides compressibles.
Origine : Accord explicite pour ce dépôt