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Particle Image Velocimetry für Strömungsfelduntersuchungen in industriellen Windkanälen

Schröder, Andreas (2008) Particle Image Velocimetry für Strömungsfelduntersuchungen in industriellen Windkanälen. Measurement 2008, 2008-02-20 - 2008-02-21, Göttingen.

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Abstract

Die aktuelle Forschung in der Strömungsmechanik und Aerodynamik widmet sich zunehmend Problemen von instationären und abgelösten Strömungen. Für Untersuchungen von Strömungsfeldern mit schnellen zeitlichen und/oder räumlichen Änderungen (Transition von laminarer zu turbulenter Strömung, Propellernachläufe, oszillierende Profile in transonischer Strömung mit Stößen, Windkanäle mit kurzen Messzeiten, etc.) werden neue experimentelle Meßmethoden, wie die Particle Image Velocimetry (PIV), benötigt, die es erlauben, die Geschwindigkeit der Strömung berührungsfrei an vielen Punkten einer großen Ebene gleichzeitig zu erfassen. Mit PIV können geeignete experimentelle Strömungsfelddaten für den direkten Vergleich mit numerischen Berechnungen und die Validierung der angewendeten Algorithmen bereitgestellt werden. Während der letzten Jahre hat eine wachsende Anzahl von WissenschaftlerInnen begonnen, PIV für die Untersuchung instationärer Strömungen in verschiedenen Bereichen der Strömungsmechanik zu nutzen. Das Prinzip der PIV Messtechnik beruht dabei auf der physikalischen Definition der Geschwindigkeit als Quotient von Differenzen: Der Versatz von vielen Streupartikeln, die der Strömung schlupffrei folgen, kann mit einer geeigneten CCD- oder CMOS- Kamera aufgenommen werden, indem eine Ebene in der Strömung mit zwei sehr kurzen Lichtpulsen (~Nanosek.) in einem Abstand von wenigen Mikrosekunden beleuchtet wird. Die Partikelensemble werden zu den Zeitpunkten t und t’ auf zwei getrennten Bildern des Kamerasensors aufgenommen. Dies erlaubt es, die Kreuzkorrelation der zwei Partikelbildverteilungen in kleinen Abfragefenstern und damit die lokalen Versatzvektoren an vielen Stellen des Beobachtungsgebietes zu berechnen. Mit dem Bildvergrößerungsfaktor und der Zeitdifferenz zwischen den beiden Lichtpulsen können typischerweise mehr als 10000 momentane Geschwindigkeitsvektoren aus einem Doppelbild der Streupartikel bestimmt werden. Erweitert man das PIV System zu einer Stereo-Kamera Anordnung, ist es möglich, alle drei Komponenten der Geschwindigkeit in der Ebene zu bestimmen, wie es in dem Beispielbild unten zu sehen ist. Aktuell wird PIV in Mikroströmungen und Ebenen über 3 m² und mit Geschwindigkeiten von wenigen mm/sec bis zu einem km/sec verwendet. Der Vortrag soll Einblicke in verschiedenste Anwendungen der PIV Technik für die Aerodynamikforschung in industriellen Windkanälen u. a. bei AIRBUS geben und einige Aspekte der wissenschaftlichen Bedeutung dieser momentanen Strömungsfeldmesstechnik hervorheben.

Document Type:Conference or Workshop Item (Speech, Paper)
Title:Particle Image Velocimetry für Strömungsfelduntersuchungen in industriellen Windkanälen
Authors:
AuthorsInstitution or Email of Authors
Schröder, AndreasUNSPECIFIED
Date:2008
Refereed publication:No
In SCOPUS:No
In ISI Web of Science:No
Page Range:p. 1
Status:Published
Keywords:Particle Image Velocimetry (PIV), Strömungsfelduntersuchungen, Kreuzkorrelation, PIV Messtechnik
Event Title:Measurement 2008
Event Location:Göttingen
Event Type:national Conference
Event Dates:2008-02-20 - 2008-02-21
Organizer:Measurement Valley
HGF - Research field:Aeronautics, Space and Transport (old)
HGF - Program:Aeronautics
HGF - Program Themes:Aircraft Research
DLR - Research area:Aeronautics
DLR - Program:L AR - Aircraft Research
DLR - Research theme (Project):L - Flight Physics
Location: Göttingen
Institutes and Institutions:Institute of Aerodynamics and Flow Technology > Experimental Methods
Deposited By: Ilka Micknaus
Deposited On:13 Jun 2008
Last Modified:27 Apr 2009 14:45

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