V01 Einführung an der RWTH Aachen

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Was ist der Unterschied zwischen PTV und PIV?

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Nennen Sie Nachteile der PIV

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Was wird bei der PIV gemessen?

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Wofür steht z.B. "2D/2C"  oder "2D/3C" oder "3D/3C" ?

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Welche Vorteile haben diese optischen Messverfahren?

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Welche optischen Messverfahren kennen Sie?

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Wiederholung --> Welche Komponenten sind für PIV nötig?

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Wie ist das grundlegende Funktionsprinzip der PIV?

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Wie kann mithilfe der PSP eine quantitative Aussage über die Druckverteilung gemacht werden?

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Nennen Sie ein PIV-Anwendungsbeispiel

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Nennen Sie Vorteile der PIV

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Warum ist die Datenauswertung bei PIV sehr aufwändig?

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V01 Einführung

Was ist der Unterschied zwischen PTV und PIV?

PIV –> Gemittelte Geschwindigkeit eines Aufnahmefensters resultiert aus Partikelbewegung vieler Partikel im Fenster. Die Bewegung eines einzelnen Partikels wird nicht detektiert.

PTV –> Niedrige Seeding-Dichte und Identifikation einzelner Partikel im Strömungsfeld zu verschiedenen Zeitpunkten

V01 Einführung

Nennen Sie Nachteile der PIV

  • Hoher apparativer Aufwand (Laser- Lichtschnittoptik – Kamera)
  • Komplexer Versuchsaufbau (nicht einfach verschiebbar)
  • Teure Messausrüstung
  • Sicherheitsanforderungen wegen Laser
  • Langwieriger Auswerteprozess (früher)

V01 Einführung

Was wird bei der PIV gemessen?

Partikelpaare (vorher nachher) nicht identifizierbar

–>Einzelne Partikel können nicht verfolgt werden 

–>Mittlere Partikelgeschwindigkeiten in Kontrollvolumen/Kontrollfläche werden gemessen

V01 Einführung

Wofür steht z.B. "2D/2C"  oder "2D/3C" oder "3D/3C" ?

2D –> 2 Dimensional

2C –> 2 Komponenten werden gemessen (u – v ) 

–> Es werden in der Ebene x,y die Geschwindigkeitskomponenten u und v gemessen

3D/3C –> Es wird ein Raumvolumen, nicht nur ein Lichtschnitt vermessen und die Geschwindigkeitskomponenten in alle 3 Raumrichtungen gemessen

V01 Einführung

Welche Vorteile haben diese optischen Messverfahren?

Keine direkte Störung der Strömung

 –> Aber auch keine direkte Messung der Strömung (Indirekte Messung der Strömung durch Messung der Partikel)

Globale Information über Strömung möglich

–> Aber teuer, teure Messtechnik notwendig

V01 Einführung

Welche optischen Messverfahren kennen Sie?

  • Laser Doppler Anemometrie (LDA)
  • Particle Image Velocimetry (PIV)
    • Holographisches PIV
    • Zeitaufgelöstes PIV
    • usw.

V01 Einführung

Wiederholung --> Welche Komponenten sind für PIV nötig?

  1. Lichtquelle (Laser) & Lichtschnitterzeuger
    • Lichtschnitt
    • hohe Energie
    • Kurze Pulse
  2. Partikel die das Licht streuen (Seeding)
  3. Aufnahmeeinheit (Kamera)
  4. Synchronisiereinheit (Abstimmung Shutter Kamera – Laserpuls)
  5. Auswertesoftware

V01 Einführung

Wie ist das grundlegende Funktionsprinzip der PIV?

  1. Seeding des Fluids
  2. Beleuchtung einer Kontrollfläche/Kontrollvolumens innerhalb des Strömungsfeldes 
    • Laser-Lichtschnitt: durch optische Führung und Lichtschnittoptik wird Laserstrahl flächig aufgeweitet
    • Laser-Impuls: Bei Messung werden zwei kurz aufeinander folgende, sehr kurze Laser-Impulse ausgegeben
  3. Detektion: Mithilfe von mit den Lasern synchronisierten Kamerasystemen werden die von den Tracer-Partikeln reflektierten/gestreuten Strahlen in zwei Einzelbildern detektiert.
  4. Auswertung der Bildpaare und erstellen eines Geschwindigkeitsfeldes
    1. Processing: Wählen von Auswertefenstergröße und Vorbereitung für Auswertung mittels Kreuzkorrelation 
    2. Post-Processing –> Berechnung der interessierenden Größen: z.B. Wirbelstärke, Turbulenter Kinetische Energie

V01 Einführung

Wie kann mithilfe der PSP eine quantitative Aussage über die Druckverteilung gemacht werden?

  • Messung der Fluoreszenz der PSP bei bestimmten bekannten Drücken
  • Zusätzliche Kalibrierungs-Drucksonde im Messkanal an einer bestimmten Stelle mit PSP, sodass ausgehend davon relativ alles quantitativ bestimmt werden kann

V01 Einführung

Nennen Sie ein PIV-Anwendungsbeispiel

Vermessung eines Randwirbels am Flügel

V01 Einführung

Nennen Sie Vorteile der PIV

  • Optische Messmethode –> Berührungslos
  • Instantane Erfassung eines Bereichs (nicht nur punktuelle Messung)
  • Qualitative & Quantitative Messergebnisse

V01 Einführung

Warum ist die Datenauswertung bei PIV sehr aufwändig?

Es müssen für jedes Bildpaar tausende Bildpunkte ausgewertet werden und geschaut werden in welche Richtung die Partikel gewandert sind

–> Software-Algorithmus = Kreuzkorrelation

–> Statistisches Verfahren

–> Physikalisch unsinnige Ergebnisse möglich

–> GGF Nachbearbeitung der Daten nötig

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