O estudo sobre o processo de formação da mistura ar-combustível na câmara de combustão é de interesse da indústria e imprescindível para compreender a forma com a qual a dinâmica da interação bifásica ar-spray influencia indicadores típicos utilizados na análise de motores. Para investigar a interação entre as fases do escoamento ar-spray é necessário utilizar técnicas experimentais avançadas, dentre as quais a Velocimetria por Imagens de Partículas (Particle Image Velocimetry - PIV) se mostra conveniente de ser aplicada por oferecer descrições quantitativa e qualitativa sobre as estruturas do escoamento. No entanto, a presença de forte ruído de imagem associada ao compromisso entre a iluminação do escoamento e a concentração de partículas traçadoras impõe limitações que afetam a coerência dos resultados PIV. É nesse contexto que o presente trabalho está inserido e intenciona contribuir com informações confiáveis acerca do desenvolvimento do escoamento ar-spray, investigando o mecanismo de interação entre as fases líquida e gasosa a partir de um método de otimização da técnica de PIV. Baseado em boas práticas PIV, a otimização foi sugerida a todas as etapas pós-aquisição de imagens e teve a relação sinal ruído do plano de correção e a coerência espacial do campo vetorial como parâmetros de referência. Como estudo de caso, foram utilizadas imagens primárias de trinta e quatro eventos de sprays de etanol formados por um injetor típico de sistemas de injeção direta. Os resultados mostraram que, apesar das gravações de imagens com baixa concentração de traçadores, a otimização dos campos foi alcançada a partir da combinação entre abordagens de correlação e estratégias de interrogação. Em decorrência à combinação proposta, campos híbridos foram obtidos e apresentam qualidade de sinal superior em mais de 300% em relação a resultados obtidos por metodologias comumente aplicadas em trabalhos contidos na literatura. A interação ar-spray foi analisada a partir da evolução temporal da média espacial dos campos híbridos por meio de grandezas associadas à cinemática do escoamento gasoso. Como resposta, a interação entre o gás circundante e o spray se mostrou atrelada à componente radial dos vetores velocidade e à pressão de injeção. Além disso, evidências mostraram que o campo de vorticidade pouco foi influenciado pela dinâmica do escoamento líquido e que a componente axial se comportou de maneira independente do arraste de gás para regiões internas aos sprays. Além da influência na cinemática do escoamento, parâmetros associados à configuração espacial dos sprays se mostraram dependentes da pressão de injeção.

The study about the process of formation of the air-fuel in the combustion chamber is interesting to industries and essential to understand the way the two-phase air-spray interaction influences typical indicators used in analysis of engines. To investigate the interaction between the air-spray flow phases, it is necessary to use advanced experimental techniques, among which the Particle Image Velocimetry (PIV) is convenient to be applied because it offers quantitative and qualitative descriptions about flow structures. However, the strong image noise associated with the compromise among the flow lighting and the seeding concentration offers limitations that affect the coherence of the PIV results. It is in this context that this work is inserted and aims to contribute with reliable information about the air-spray flow development, investigating the mechanism of interaction between the liquid and gas phase by a PIV optimization technique. Based on best-practice in PIV, the optimization was suggested to all postacquisition PIV images step and had the correlation planes' signal-to-noise ratio and the spatial coherence of the velocity fields as reference. As a case study, thirty-four events of sprays of ethanol formed by a typical injector of systems of direct injection were used. The results showed that, despite that acquisition of primary images with low concentration of seeding, the fields' optimization was achieved by a combination among correlation and interrogation strategies. Due to the combination proposed, hybrid fields were obtained and has signal quality upper that 300% compared with classical results contained in the literature. The air-spray interaction was analyzed based on the temporal evolution of the ensemble average of the hybrid fields by means of quantities associated with the gas flow kinematics. In response, the interaction between the surrounding gas and the spray were associated to the axial component of the velocity vectors and the injection pressure. Besides that, evidence showed that the vorticity field was subtly influenced by the dynamics of liquid flow and that the radial component behaved independently of gas entrainment to regions inside the sprays. In addition to the influence on flow kinematics, parameters associated with the spatial configuration of the sprays proved to be dependent on the injection pressure.