Introduction PIV an der RWTH Aachen | Karteikarten & Zusammenfassungen

Lernmaterialien für Introduction PIV an der RWTH Aachen

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TESTE DEIN WISSEN

Wie groß sind die Seeding-Partikel?

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TESTE DEIN WISSEN

Zwischen 0.1 und 25 Mikrometer Durchmesser

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TESTE DEIN WISSEN

Was versteht man unter Sprungantwort der Partikel?

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TESTE DEIN WISSEN

Antwort auf eine plötzliche Änderung der Geschwindigkeit, z.B. nach Verdichtungsstoß , 


(Strömungsgeschwindigkeit = Sollgröße. --> Partikelgeschwindigkeit soll diese erreichen)

 

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TESTE DEIN WISSEN

Durch welchen Mechanismus wird das Licht von den Partikeln zur Kamera gestreut?

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TESTE DEIN WISSEN

Mie-Streuung


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TESTE DEIN WISSEN

Wodurch wird die Streuung an den Partikeln beschrieben?

Wovon hängt die Lichtstreuung ab?
Welche Streumechanismen gibt es?

Welche Streuung findet am Partikel statt?

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TESTE DEIN WISSEN

Lichtstreuung:

  • Ist abhängig vom Brechungsindex des Fluids sowie des Partikels
  • Von der Partikelgeometrie
  • Größe des Partikels
  • Wellenlänge des ankommenden Lichts

Streuungsarten nach Größenordnung: --> Rayleigh --> Mie --> geometrische Streuung 


Mie-Streuung der Partikel

  • Beschreibt Streuung von Licht an sphärischen Partikeln mit einem Durchmesser in der Größenordnung der Wellenlänge des Lichts!
  • Richtungsabhängige Streuung --> Je nach Positionierung der Kamera erhält man mehr oder weniger Streulicht.



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TESTE DEIN WISSEN

Wie wird Luft geseedet ? 

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TESTE DEIN WISSEN
  • Öltröpchen
  • Kunststoff- oder Aluminium-Partikel


Größenordnung 1-5 Mikrometer

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TESTE DEIN WISSEN

Seeding in Flüssigkeiten?

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TESTE DEIN WISSEN
  • kleine Luftbläschen --> Dichte?
  • Glaskügelchen 

Größenordnung 10-20 Mikrometer


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TESTE DEIN WISSEN

Welche Eigenschaften sollten die Lichtquellen besitzen?

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TESTE DEIN WISSEN
  • Sehr geringe pulsdauer --> (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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TESTE DEIN WISSEN

Welche Lasertypen gibt es?

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TESTE DEIN WISSEN

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)


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TESTE DEIN WISSEN

Welche Eigenschaften muss das genutzte Licht aufweisen?

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TESTE DEIN WISSEN
  • Monochromatie (eine einzelne Wellenlänge)
  • Kohärenz (Wellenberge und Täler überlagern sich)
    • Vor allem auch wichtig für Erzeugung von Streifenmuster (Interferenzmuster von LDA)
  • Stark gerichtet! Licht verläuft in einer geraden Linie
  • geringer Lichtstrahldurchmesser --> Bündelbarkeit


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TESTE DEIN WISSEN

Welche Vorraussetzungen muss der Lichtschnitt erfüllen?

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TESTE DEIN WISSEN

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 (out-of-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)
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TESTE DEIN WISSEN

Wie wird der Lichtschnitt erzeugt? Was macht das einfacher?

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TESTE DEIN WISSEN

Optimal für Erzeugung eines Lichtschnitts:

-->Laser mit sehr geringer Divergenz und einem sehr kleinen Durchmesser --> Fokussierbarkeit


Laserlichtschnitt wird durch Linsensystem erzeugt! (Lichtschnittoptik)

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TESTE DEIN WISSEN

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

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TESTE DEIN WISSEN

Digitale Kameras mit CMOS oder CCD-Chip!


CCD (Charged Coupled Device)

CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)


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Q:

Wie groß sind die Seeding-Partikel?

A:

Zwischen 0.1 und 25 Mikrometer Durchmesser

Q:

Was versteht man unter Sprungantwort der Partikel?

A:

Antwort auf eine plötzliche Änderung der Geschwindigkeit, z.B. nach Verdichtungsstoß , 


(Strömungsgeschwindigkeit = Sollgröße. --> Partikelgeschwindigkeit soll diese erreichen)

 

Q:

Durch welchen Mechanismus wird das Licht von den Partikeln zur Kamera gestreut?

A:

Mie-Streuung


Q:

Wodurch wird die Streuung an den Partikeln beschrieben?

Wovon hängt die Lichtstreuung ab?
Welche Streumechanismen gibt es?

Welche Streuung findet am Partikel statt?

A:

Lichtstreuung:

  • Ist abhängig vom Brechungsindex des Fluids sowie des Partikels
  • Von der Partikelgeometrie
  • Größe des Partikels
  • Wellenlänge des ankommenden Lichts

Streuungsarten nach Größenordnung: --> Rayleigh --> Mie --> geometrische Streuung 


Mie-Streuung der Partikel

  • Beschreibt Streuung von Licht an sphärischen Partikeln mit einem Durchmesser in der Größenordnung der Wellenlänge des Lichts!
  • Richtungsabhängige Streuung --> Je nach Positionierung der Kamera erhält man mehr oder weniger Streulicht.



Q:

Wie wird Luft geseedet ? 

A:
  • Öltröpchen
  • Kunststoff- oder Aluminium-Partikel


Größenordnung 1-5 Mikrometer

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Q:

Seeding in Flüssigkeiten?

A:
  • kleine Luftbläschen --> Dichte?
  • Glaskügelchen 

Größenordnung 10-20 Mikrometer


Q:

Welche Eigenschaften sollten die Lichtquellen besitzen?

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

Welche Lasertypen gibt es?

A:

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)


Q:

Welche Eigenschaften muss das genutzte Licht aufweisen?

A:
  • Monochromatie (eine einzelne Wellenlänge)
  • Kohärenz (Wellenberge und Täler überlagern sich)
    • Vor allem auch wichtig für Erzeugung von Streifenmuster (Interferenzmuster von LDA)
  • Stark gerichtet! Licht verläuft in einer geraden Linie
  • geringer Lichtstrahldurchmesser --> Bündelbarkeit


Q:

Welche Vorraussetzungen muss der Lichtschnitt erfüllen?

A:

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 (out-of-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)
Q:

Wie wird der Lichtschnitt erzeugt? Was macht das einfacher?

A:

Optimal für Erzeugung eines Lichtschnitts:

-->Laser mit sehr geringer Divergenz und einem sehr kleinen Durchmesser --> Fokussierbarkeit


Laserlichtschnitt wird durch Linsensystem erzeugt! (Lichtschnittoptik)

Q:

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

A:

Digitale Kameras mit CMOS oder CCD-Chip!


CCD (Charged Coupled Device)

CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)


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