thesis

3D-flow measurement by stereo imaging

Abstract

Ein neues Verfahren zur Messung des dreidimensionalen Strömungsfeldes mittels 'Particle Tracking Velocimetry' wird vorgestellt. Ein zweidimensionales Particle Tracking Velocimetry liegt dem Verfahren zugrunde. Es wurde auf die dritte Raumdimension erweitert, um den gesamten physikalischen Raum zu erfassen. Dieses Verfahren erlaubt, das Lagrange´sche Strömungsfeld zu bestimmen, woraus auch das von vielen anderen Verfahren erhaltene Euler´sche Geschwindigkeitsfeld berechnet werden kann. Das für den Einsatz am Wind-Wellen-Kanal entwickelte Kalibrierverfahren ermöglicht eine hohe räumliche Auflösung. Der Stereokamera-Aufbau und der Versuchsaufbau wurde für die Strömungsmessungen optimiert. Dabei wurde erstmals ein Flüssigkeitsprisma und eine Scheimpflug-Kamera-Anordnung eingesetzt. Numerische Rechnungen unter Verwendung der finite Elemente-Methode zeigen die Komplexität des Problems, freie Wasseroberflächen mit windinduzierten Scherkräften als Randbedingung zu behandeln. Sie machen deutlich, daß experimentelle Untersuchungen unerlässlich sind, um Phänomene wie das Abtauchen von oberflächennahen Flüssigkeitselementen in tiefere Schichten zu beschreiben. Strömungsmessungen wurden an einem neu konstruierten Wind-Wellen-Kanal (AEOLOTRON) und am kleineren Vorgängermodell mit dem neuentwickelten Bildverarbeitungsverfahren durchgeführt. Die Strömungsfelder von windinduzierten Wasserwellen konnten auf diese Weise Geschwindigkeitsfeld und 'Turbulenzzustand' charakterisiert werden

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