Entwicklung und Anwendung von Messsystemen der PIV zur räumlich bzw. zeitlich hochauflösenden Erfassung von Geschwindigkeitsfeldern instationärer Strömungen in Windkanälen (Themenkreis: Feldmessverfahren)

• Applicant: Dr. Jürgen Kompenhans
• Subject Area: Fluid Mechanics
• Term: from 2005 to 2007
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5454633

Derzeit steht kein universelles Messverfahren für eine dreidimensionale und zeitlich hochauflösende Erfassung von Geschwindigkeitsfeldern in der Aerodynamik zur Verfügung. Es befinden sich vielmehr verschiedene Methoden der Particle Image Velocimetry (PIV) mit unterschiedlichen Eigenschaften in der Anwendung bzw. Entwicklung, die entweder eine hohe zeitliche oder eine hohe räumliche Auflösung erlauben. Diese Methoden sollen im geplanten Forschungsvorhaben im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms Bildgebende Messverfahren für die Strömungsanalyse weiterentwickelt werden, ihre Genauigkeit und Einsatzmöglichkeiten charakterisiert werden, um je nach Zielsetzung der aerodynamischen Fragestellung die geeignete Messmethode für Windkanäle zur Verfügung stellen zu können. Die in der Arbeitsgruppe entwickelte und erprobte Technik der Multi-Plane-Stereo-PIV ermöglicht Raum-Zeit-Korrelationen der Geschwindigkeitsvektoren zweier paralleler Messebenen mit beliebigen räumlichen und zeitlichen Abständen. Eine vollständig dreidimensionale Erfassung von Geschwindigkeitsfeldern wird durch holographische Aufzeichnungsmethoden realisiert (HPIV). Hierzu sollen zwei Messsysteme weiter entwickelt werden, die sich durch das Aufnahmemedium und die Art der Bildauswertung unterscheiden. Beim ersten Messsystem (photographische holographische PIV (P-HPIV) wird durch den Einsatz photographischer Filmplatten eine hohe räumliche Auflösung in einem ausgedehnten Strömungsfeld erzielt. Beim zweiten Messsystem (digitale holographische PIV (D-HPIV) ermöglicht die Verwendung eines oder mehrerer CCD-Chips für die holographische Aufnahme bei einem aufgrund der beschränkten Pixelanzahl verminderten Messvolumen zeitlich aufgelöste Strömungsmessungen. Alle drei Messtechniken sollen, sich gegenseitig ergänzend, auf die Strömung des Leitexperimentes Umströmung eines Zylinderstumpfes angewendet werden. Die so gewonnenen Daten sollen neue Einblicke in die instationären und ausgeprägt dreidimensionalen Strömungsvorgänge im Nachlaufgebiet eines stumpfen Körpers bei der Stabilität der ablösten Scherschichten, der Turbulenzproduktion in den Scherschichten, der Topologie und Dynamik großer Wirbelstrukturen und Transition im Nachlauf eröffnen. Die erhaltenen Messdaten werden Partnern des Schwerpunktprogramms für einen Vergleich mit Ergebnissen aus numerischen Strömungssimulationen zur Verfügung stehen. Da bei allen Messtechniken hohe Bilddatenmengen anfallen - auch um gesicherte statistische Größen ermitteln zu können - sind hinsichtlich der Verarbeitungsgeschwindigkeit optimierte Bildverarbeitungsalgorithmen ein Schlüsselelement.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1147: Imaging Measurement Methods for Flow Analysis