Introduction PIV

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Beispielhafte Karteikarten für Introduction PIV an der RWTH Aachen auf StudySmarter:

Was versteht man unter Post-Processing?

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Zusammenfassend:

Um gute PIV-Ergebnisse mittels Kreuzkorrelation zu erhalten ist folgendes nötig:

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Was kann Kreuzkorrelation und was kann sie nicht?

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Wie ist das generelle Prinzip der Kreuzkorrelation?

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Nennen Sie Vor und Nachteile von CMOS-Chips Im Vergleich zu CCD-Chips?

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Welche Arten von Detektoren werden zur Aufnahme des von den Partikeln gestreuten Lichts verwendet?

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Wie wird der Lichtschnitt erzeugt? Was macht das einfacher?

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Welche Vorraussetzungen muss der Lichtschnitt erfüllen?

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Welche Eigenschaften muss das genutzte Licht aufweisen?

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Welche Lasertypen gibt es?

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Welche Eigenschaften sollten die Lichtquellen besitzen?

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Seeding in Flüssigkeiten?

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Beispielhafte Karteikarten für Introduction PIV an der RWTH Aachen auf StudySmarter:

Introduction PIV

Was versteht man unter Post-Processing?

  1. Korrigieren von Fehlervektoren aus der Kreuzkorrelation, die offensichtlich unphysikalisch sind.
    –>Filtern nach Fehlervektoren –> Interpolation mit umgebenden Vektoren
  2. Datenreduktion
    Zur einfacheren Auswertung der Daten. Mittelung usw.
  3. Berechnung der interessierenden Größen der Strömung anhand der Daten:
    z.B. TKE (turbulente kinetische Energie)

Introduction PIV

Zusammenfassend:

Um gute PIV-Ergebnisse mittels Kreuzkorrelation zu erhalten ist folgendes nötig:

  1. Seeding:
    1. Gutes Folgeverhalten der Seeding-Partikel
    2. Ausreichende Lichtstreuung der Seeding-Partikel
    3. Homogene und ausreichende Verteilung der Seeding-Partikel in der Strömung
  2. Lichtschnitt:
    1. Ausreichende Lichtintensität im Lichtschnitt
    2. Geeignete Lichtschnittdicke
    3. Geringe Pulsdauer des Laserlichts
  3. Kamera:
    1. Hohe Lichtempfindlichkeit
    2. Geringe Auslöseverzögerung
    3. Schnelle Bildverarbeitung und Interframing-Zeit

Introduction PIV

Was kann Kreuzkorrelation und was kann sie nicht?

  1. Kreuzkorrelation kann
    • translatorische Geschwindigkeitsänderungen widergeben
    • die mittlere Geschwindigkeit und Richtung in einem Auswertefenster angeben
  2. Kreuzkorrelation kann NICHT
    • Rotation berechnen
    • Statistisches Verfahren –> kann keine einzelnen Partikel identifizieren

Introduction PIV

Wie ist das generelle Prinzip der Kreuzkorrelation?

  1. Einteilen des Bildes in Auswertefenster mit bestimmter Größe
  2. Anwenden des Kreuzkorrelationsalgorithmus für jedes Auswertefenster anhand eines Bildpaars zum Zeitpunkt t und t + delta_t

Introduction PIV

Nennen Sie Vor und Nachteile von CMOS-Chips Im Vergleich zu CCD-Chips?

  • Hohe Framerate
  • Zufälliges Pixel-Adressing (?)
  • Einzelne Pixel werden ausgelesen
  • Kein Blooming (Einzelne, hell bestrahlte Pixel haben Einfluss auf umgebende Pixel)
  • Geringe Leistungsaufnahme
  • HDR

Nachteile:

  • Geringere Lichtempfindlichkeit
  • Höheres Rauschen

Introduction PIV

Welche Arten von Detektoren werden zur Aufnahme des von den Partikeln gestreuten Lichts verwendet?

Digitale Kameras mit CMOS oder CCD-Chip!

CCD (Charged Coupled Device)

CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)

Introduction PIV

Wie wird der Lichtschnitt erzeugt? Was macht das einfacher?

Optimal für Erzeugung eines Lichtschnitts:

–>Laser mit sehr geringer Divergenz und einem sehr kleinen Durchmesser

Laserlichtschnitt wird durch Linsensystem erzeugt! (Lichtschnittoptik)

Introduction PIV

Welche Vorraussetzungen muss der Lichtschnitt erfüllen?

Die Dicke des Lichtschnitts muss richtig gewählt werden sodass:

  • Ausreichende Breite, 
    • um Partikel nicht aus der Lichtschnittebene zu verlieren und somit Fehler in der Kreuzkorrelation entstehen (In-Plane-Losses)
    • Genügend Partikel in der Lichtschnittebene sichtbar sind
  • Begrenzte Lichtschnittbreite, da sonst nicht das Geschwindigkeitsfeld einer dünnen Ebene, sondern die gemittelte Geschwindigkeit über die Lichtschnittbreite gemessen wird! (Integral über Lichtschnittbreite)

Introduction PIV

Welche Eigenschaften muss das genutzte Licht aufweisen?

  • Monochromatie (eine einzelne Wellenlänge)
  • Kohärenz (Wellenberge und Täler überlagern sich)
    • Vor allem auch wichtig für Erzeugung von Streifenmuster (Interferenzmuster von LDA)
  • Starke gerichtet! Licht verläuft in einer geraden Linie

Introduction PIV

Welche Lasertypen gibt es?

Gas-Laser:

  • Argon-Ion-Laser ( Wellenlänge ca. 500 nm (0,5  Mikrometer))
  • CO2-Laser (10600nm)

Feststofflaser

Nd:YAG-Laser (Neodym-YAG-Laser) mit 1064 bzw 532 nm 

Laserdioden (Halbleiterlaser)

Introduction PIV

Welche Eigenschaften sollten die Lichtquellen besitzen?

  • Sehr geringe Belichtungszeit –> (Sonst –> Verwischen der Partikel durch hohe Geschwindigkeit
  • Aus vorherigem Punkt folgt: Hohe Lichtintensität! um in diesem kurzen Zeitintervall genügend Licht zu abzustrahlen!

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Seeding in Flüssigkeiten?

  • kleine Luftbläschen –> Dichte?
  • Glaskügelchen 

Größenordnung 10-20 Mikrometer

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