Entwicklung eines abbildenden Meßverfahrens (PIV) zur Untersuchung von Mikrostrukturen in turbulenten Strömungen

1 Einleitung.- 2 Grundlagen der Particle-Image-Velocimetry.- 3 Particle-Image-Velocimetry in mikroskopischen Strömungen.- 4 Bildauswertung.- 5 Ergebnisse.- 6 Zusammenfassung.- Literatur.- Symbole.

Dr. Lutz Dieterle promovierte 1996 mit der hier angezeigten Arbeit an der Technischen Universität Clausthal.

Dieses Buch befaßt sich mit der Entwicklung eines abbildenden Verfahrens zur Messung lokaler Geschwindigkeitsverteilungen in strömenden Fluiden. Ziel ist die Untersuchung mikroskopischer Strömungsstrukturen in dünnen, turbulenten Grenzschichten. Das Meßverfahren beruht auf dem Prinzip der Particle-Image-Velocimetry (PIV). Unter Verwendung eines gepulsten Hochleistungslasersystems und eines hochauflösenden Objektivs lassen sich 0,2 µm kleine, im Fluid dispergierte Tracer-Partikeln auf zwei CCD-Kameras mit identischem Gesichtsfeld je einfach oder doppelt abbilden. Die Bildauswertung erfolgt mittels bekannter digitaler Korrelationsmethoden. Das Meßsystem löst die zu untersuchende Strömung in einem Gesichtsfeld von etwa 1 mm2 lokal bis auf 40 µm auf und ermöglicht die Messung maximaler Geschwindigkeiten in der Größenordnung 102 m/s. Im resultierenden Vektorplot der Geschwindigkeit vereinzelt auftretende fehlerbehaftete Vektoren werden mit einer neuen Methode der automatischen Fehlererkennung detektiert und korrigiert. Die Methode beruht auf einer mathematischen Approximation des gemessenen Vektorfeldes und einem Vergleich der berechneten Ausgleichsfunktion mit den Meßwerten. Achtung!!! Im Text zweimal "Hoch zwei"!!!