Das Particle-Image-Velocity-System des ISMT

Projektbetreuung: Dipl.-Ing. Jens Neugebauer

Beschreibung

Das ISMT betreibt ein Stereo Particle-Image-Velocimatry-System (PIV-System) zur berührungslosen Messung von Geschwindigkeiten in drei Komponenten innerhalb einer Messebene. Der Vorteil von PIV im Vergleich zu Messungen mittels 5-Loch-Sonde oder Laser-Doppler-Anemometer liegt in der gleichzeitigen Erfassung der Geschwindigkeiten für eine ganze Ebene, während bei den anderen Methoden das Messgerät immer wieder neu positioniert werden muss. Gegenüber der 5-Loch-Sonde besteht außerdem der Vorteil der nicht-intrusiven Messung.

Dem Fluid werden zunächst Partikel (Tracer) hinzugefügt (Seeding). Gepulste Laserstrahlen werden nun mittels eines Linsensystems zu einer Ebene aufgeweitet, die in der Strömung positioniert wird. Es werden jeweils zwei Laserpulse mit einem sehr kurzen Zeitabstand (Separationszeit) generiert und das an den Tracer-Partikeln gestreute Licht von zwei digitalen Hochgeschwindigkeitskameras aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln aufgezeichnet.

Es entsteht in jeder Kamera ein Bildpaar, in dem die Bewegungen der Partikel entsprechend ihrer Geschwindigkeiten im Lichtschnitt zu erkennen sind. Diese Doppelbilder werden in kleinere Felder, die Interrogation Windows, unterteilt und dann mit Hilfe der Kreuzkorrelation sowie ergänzender Pre- und Postprozessing-Algorithmen ausgewertet. Über Stereo-Rekonstruktion werden aus den Ergebnissen der beiden Kameras die Geschwindigkeiten in und senkrecht zur Lichtschnittebene berechnet. Die Ableitung weiterer Größen, wie z. B. Wirbelstärke oder Turbulenzenergie, ist außerdem möglich.

Das PIV-System des ISMT ist in der Lage, mit einer Doppelbildrate von bis zu 100 Hz zu arbeiten und kann dadurch zur Messung instationärer Vorgänge eingesetzt werden. Zur Unterdrückung von Reflektionen des Lasers infolge von Grenzflächen werden fluoreszierende Tracing-Partikel eingesetzt. Das PIV-System wurde im Rahmen des DFG-Großgeräteantrags für die Sloshinganlage beschafft und besitzt die erforderlichen Eigenschaften, auf dem Hexapod eingesetzt zu werden.

Technische Daten

Kameras

Anzahl

  • 2

Auflösung

  • 2 Megapixel

Farbtiefe

  • 14 bit

Geschwindigkeit:  (volle Auflösung)

  • PIV: 100Hz
    High-Speed-Imaging: 1000Hz

Laser

Typ
  • Diodengepumpt, Nd: YAG + SHG

Pulsenergie

  • 60 mJ

Doppelpulsfrequenz

  • Max. 100Hz

Separationszeit

  • Min. 10 µs

Auswertungssoftware  - DaVis 7, DaVis 8