By Lutz Dieterle
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 forty 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 textual content zweimal "Hoch zwei"!!!
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532 nm einer Auflösungsgrenze von ro = 0,23 11m. 1. Wegen ihres geringen Arbeitsabstandes sind herkömmliche Lichtmikroskope für die hier gestellte Meßaufgabe allerdings ungeeignet. 4. 1. G '" 1 mm gerade noch getrennt wahrgenommen werden können . , '. ,.. 2 .... , Illmllili~lmlrllllllllllllllll l~ - 0,56 mm 0 :, Abb. t. t 'f. + 0 ,64 mm G - 270 mm Bildausschnitt eines Längenmaßstabes bei drei verschiedenen Gegenstandsweiten, fester Bildweite und konstanter Blendenzahl des Spiegelmikroskop-Objektivs QM 100.
10-8 m [Hin82] (Luft bei 20°C und 1000 hPa) 35 Bei höheren Geschwindigkeiten hätte ein Meßfehler infolge des eingeschränkten Folgevermögens der Tracer-Partikeln in Kauf genommen werden müssen. Mit den aus einer Autokorrelation von 1 mm 2 großen Segmenten gewonnenen Daten der Bildverschiebung in den Partikelbildern T. Urushiharas et al. [Uru93] wurden von R. D. Keane et al. [Kea95] die Abbildungspaare einzelner Partikeln identifiziert und auf diese Weise die lokale Auflösung des Strömungsfeldes bis auf 100 /lm verbessert.
Hun93] entwickeltes Verfahren ermöglicht die simultane Auswertung von neun interrogation spots. Zu diesem Zweck reflektiert ein gekreuztes Phasengitter, das im Brennpunkt einer nachgeschalteten Sammellinse angeordnet ist, den Strahl eines Helium-Neon-Lasers. Das gebeugte Licht bildet hinter der Sammellinse 3 x 3 parallel zueinander ausgerichtete, konvergierende Teilstrahlen, in deren Gang sich das Dia befindet. Die entstehenden neun Youngschen Streifenmuster werden gleichzeitig von einer CCD-Kamera aufgenommen.