V39205: Experimentelle Strömungsvisualisierung

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1 V39205: Experimentelle Dr.-Ing. Modul # 45220: Strömungsmesstechnik und Visualisierung (inkl. Labor) Wertung: 6LP Beginn des Moduls #45220 im Wintersemester!!! Inhalt der Vorlesung: 1. Grundlagen Eigenschaften von Licht: Strahlenoptische Bauelemente: Laser: Eigenschaften von Tracern: Beschreibung einer Strömung: Strömungslinien: Turbulent spot, LIF, M.Gad-el-Hak, JFM vol.110,1981 Lichtmessung, Lichtquellen, Lichtempfänger Spiegel, Linsen, Prisma Lasereigenschaften, Strahlführung, Laserlichtschnitt Lichtstreuung, Folgeverhalten von Partikeln Definition stationäre und instationäre Strömung Definitionen, Topologie anhand von Strömungslinien

2 2. Verfahren zur Planung von Visualisierungen: Rauch-Methoden: Wandanstrich-Verfahren: Fadensonden: Visualisierung in Flüssigkeiten: Laserinduzierte Fluoreszenz (LIF): Pressure Sensitive Paint: Temperature Sensitive Paint: Beschichtung mit Flüssigkristallen: Thermografie zur Transitionsbestimmung: Ölfilm-Interferometrie: Funken-Verfahren: Optische Verfahren basierend auf Dichteänderungen: Phasengekoppelte Messverfahren: Anwendung von Kennzahlen, Abschätzung von relevanten Systemparametern, z.b. Grenzschichtinstabilitäten, Transition Zugabe von Rauch, Rauchdraht-Methode, Titantetrachlorid-Methode Flächige Verfahren für Wandstromlinien, Ink-Dot-Methode Rückwirkung von Vidualisierungsverfahren auf den Strömungszustand Farbzuführungs-Methode, Wasserstoffbläschen-Methode, Aluminiumflitter-Methode Optimierung des Bildkontrastes, Filterung im Frequenzbereich Flächige, optische Bestimmung der Druckverteilung Flächige, optische Bestimmung der Temperaturverteilung Flächige, optische Best. Temperaturverteilung, Wandschubspannung Einsatz von Infrarot-Messtechnik für Grenzschichten Flächige, optische Bestimmung der Wandschubspannung Optische Vermessung von Strömungsfeldern durch Ionisierung Schattenmethode, Schlierenoptische Methode, Interferometrie Feldmessungen periodischer Vorgänge mit Einzelsonden

3 Link zur Vorlesung "" Umdrucke: => Lehre => Experimentelle User: Passwort: SV student

4 V-39186: Labor Strömungsversuchs- und Messtechnik 5. Berührungslose Messung von Strömungsfeldern Demonstration von Particle Image Velocimetry (PIV) zur Messung von Strömungsfeldern. Aufbau, Durchführung und Auswertung von PIV-Messungen 6. Überschallversuch Einführung in die Funktionsweise und die optische Messtechnik am mittleren Überschallwindkanal; optischen Untersuchung einer Doppelrampenströmung bei M=2.5; Analyse und Diskussion grundlegender Effekte im Bereich der Wechselwirkung zwischen Schrägstößen und einer turbulenten Bodengrenzschicht. 7. Einführung in praktische Problemstellungen bei der. Visualisierung der Strömung an einem Profilschnitt mit Wandanstrichverfahren, Fadentechnik sowie Raucheingabe. Demonstration von Lichtschnitttechnik in Verbindung mit digitaler Bildaufzeichnung

5 Literatur zur Vorlesung "" Zeitschrift Experiments in Fluids Liste der Bücher (chronologisch) Eds.: C. Tropea, E. K. Longmire, J. Westerweel Monatszeitschrift seit 1983, Springer Verlag W. Wuest Strömungsmesstechnik (1969), Verlag Vieweg & Sohn, Serie UNI-Text M.V. Dyke An Album of Fluid Motion (1982), The Parabolic Press Stanford California ISBN W. Merzkirch Techniques of Flow Visualization (1987), AGARDograph No. 302 (AGARD-AG-302) W.A. Woods W.J. Yang Visualized Flow (1988), Fluid Motion in Basic and Engineering Situations Revealed by Flow Visualization, Pergamon Press, ISBN Handbook of Flow Visualization (1989), Hemisphere / Taylor & Francis Ltd. ISBN H. Oertel sen. /jun Optische Strömungsmesstechnik (1989), G. Braun Verlag Karlsruhe ISBN X W. Nitsche Strömungsmesstechnik (1993), Springer Verlag, ISBN A.J. Smits, T.T.Lim Flow Visualization (2000), Techniques and Examples, Imperial College Press, London ISBN

6 Warum betreibt man Visualisierung? Ein Bild sagt mehr als tausend Worte! Laminar-turbulenter Strömungsumschlag an längsangeströmten Zylinder T.J.Mueller, R.C.Nelson, J.T.Kegelmann, University of Notre Dame, Picture by Brown (1957) Der Mensch behält im Gedächtnis: 90% von dem was er selber ausführt 30% von dem was er sieht 60-70% was er sieht und hört 1/3 des Gehirns wird zur Bildverarbeitung genutzt, neuronales Netzwerk zur schnelleren "Datenverarbeitung"

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8 Skizzen Leonardo da Vinci Leonardo da Vinci ( ) genaue Skizzen von Strömungsvorgängen durch Naturbeobachtungen technische

9 Re < Re krit Osborne Reynolds ( ) Re = Re krit Reynolds scher Farbfadenversuch Transition in einer Rohrströmung in Abhängigkeit von der Reynolds-Zahl Re = U d/ν Re > Re krit Re krit ~ 2300

10 Ernst Mach ( ) 1888: erste Schlierenaufnahme 1893: Mach-Zehnder Interferometer

11 Th. v. Kármán, 'An Album of Fluid Motion', M.Van Dyke, 1988 Kármán-sche Wirbelstraße hinter einem Kreiszylinder (1912) 'Visualized Flow', T.Kobayashi

12 Ludwig Prandtl ( ) Prandtl scher Kugelversuch Ableitung der grundlegenden Idee: Aufteilung der Strömung in zwei Gebiete Reibungsfrei -> Potentialströmung Reibungsbehaftet -> Grenzschicht Onera photograph, Werle 1980 Re=15.000, Wasserstoffbläschen Methode

13 Transitionsentwicklung in einer Grenzschicht S.Bake, HFI, TU-Berlin, 2000 D.Meyer, IAG, Uni-Stuttgart, 2000 Vergleich von Experiment (phasengekoppelte Hitzdrahtmessungen) mit direkten numerischen Simulationen (DNS)

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