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Messtechnik

Entwicklung und Qualifizierung einer volumetrischen Geschwindigkeits-messtechnik (mit nur einem Sensor) zur Analyse von Mikroströmungen ohne systematische Fehler durch die Korrelationstiefe und räumliche Mittelung

Die fortschreitende Komplexität von Mikroreaktoren für die mechanische, thermische, biologische und chemische Verfahrenstechnik, erfordert zunehmend die Charakterisierung von 3D Strömungsvorgängen in komplizierten Geometrien. Die Adaption von etablierten volumetrischen Messtechniken stellt aufgrund der eingeschränkten optischen Zugänglichkeit und der systematischen Messfehler eine große Herausforderung dar, an der international intensiv gearbeitet wird. Ziel des vorliegenden Projekts ist die Entwicklung und Qualifizierung einer neuen Messtechnik, die für die vollständige Erfassung des 3D Geschwindigkeitsfeldes in einem Mikrosystem nur eine Beobachtungsrichtung benötigt. Ein weiterer Vorteil dieser Messtechnik besteht darin, dass im Gegensatz zu µPIV-basierten Verfahren systematische Messfehler, bedingt durch die Korrelationstiefe und räumliche Mittelung, vollständig vermieden werden können. Grundprinzip ist die Kodierung der Tiefenposition über optische Verzerrungen wie sie in CD Spielern zur Bestimmung des Abstandes von CD und Lesekopf verwendet wird.
 
 

Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).
 
 

Partner: University Purdue
 
 
 
 
 
 
Aktuelle Veröffentlichungen:
 
    
 
 
 
 
 
 
 

3D-Messung des Strömungsvektors in Verdichtern und Turbinen mittels Astigmatismus-PTV (APTV)

Dieses Vorhaben ist Teil des Verbundprojekts AG TURBO 2020 / Teilverbundprojekt "Verdichtung". Gesamtziel ist die Wirkungsgradsteigerung der Komponenten zukünftiger Turbomaschinen. Hierzu ist unter anderem eine genaue Kenntnis der dreidimensionalen Strömung in der Maschine erforderlich. Dabei wird die am Institut entwickelte Astigmatismus-PTV Methode für den Einsatz in Turbomaschinen erweitert. Zur dreidimensionalen Strömungsmessung mittels APTV wird lediglich eine einzige Kamera benötigt, wodurch sich die Messmethode ideal für optisch schwerzugängliche Messvolumina eignet. Die geringe Vibrationsempfindlichkeit und geringe benötigte Seedingkonzentration sind weitere entscheidende Vorteile von APTV zur Strömungsmessung in Turbomaschinen. Geschwindigkeitsfelder sollen bis zu einer Messvolumengröße von 70 x 30 x 30 mm³ bestimmt werden.

 
 

Partner: MTU Aero Engines

 

Bearbeiter: Dipl.-Ing. Thomas Fuchs

 

 

 

PSP Messtechnik

Im Rahmen des Projekts soll die Pressure-Sensitive Paint (PSP) Messmethode zur optischen Bestimmung von flächigen Druckverteilungen am Institut für Strömungsmechanik und Aerodynamik etabliert und deren Komponenten qualifiziert werden.

DieAnwendungsschwerpunkte dieser Messtechnik sollen die folgenden drei Bereiche sein:

{C}{C}Niedergeschwindigkeitsaerodynamik: Analyse der Auswirkungen von
   Einlaufstörungen an  Triebwerksgondeln im Geschwindigkeitsbereich
   Ma < 0.15 im atmosphärischen Windkanal München

-  Hochgeschwindigkeitsaerodynamik: Untersuchung der Druckverteilung
   und Charakterisierung der Wirbeldynamik im Nachlauf von generischen
   Raketenkörpern im Unter-, Trans- und Überschall im Trisonischen
   Windkanal München.

 
Das Projekt beinhaltet neben einer umfassenden Analyse der kommerziell verfügbaren PSP-Systeme und der Auswahl einzelner für den o.g. Einsatz geeigneten Komponenten (Farbauswahl, Beleuchtung zur Anregung, Kameras zur Signalaufnahme) ebenfalls die Qualifizierung der an der UniBwM entwickelten Komponenten (Beleuchtung, Kalibriersystem) sowie die Entwicklung geeigneter Auswertealgorithmen. Erste Untersuchungen an einem Freistrahl, siehe [1], konnten erfolgreich durchgeführt werden.

 

 

Bitter M, Kähler CJ, (2011): Optische Bestimmung von Oberflächendruck- & Temperaturverteilungen am NACA Profil im Unter- und Transschall. 19. Fachtagung „Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik“, 6.-8.09., Illmenau, Deutschland

 
 

 

Bearbeiter: Dipl.-Ing. Martin Bitter
 

 

 

 

NIOPLEX

Ziel von NIOPLEX ist es, die aerodynamische Analyse von Luftfahrttransportsysteme durch einen Beitrag zur Entwicklung von nicht -intrusiver experimenteller Diagnostik zu verbessern. Das besondere Ziel ist es, eine umfassende Analyse zu ermöglichen, durch eine gleichzeitige Messung der Druckverteilung auf der Oberfläche eines Modell und des Geschwindigkeits- und Druckfeldes um es herum. Derzeit wird PIV -Technik verwendet, um das mittlere Strömungsfeld und turbulente Schwankungen zu messen. Der Oberflächendruck kann mit PSP gemessen werden, jedoch gibt es bisher keine Mittel um den Druck in der Strömung zu messen. Das Projekt verfolgt, wie die Druckmessung innerhalb der Strömung durch PIV weiterentwickelt werden kann. Ziel ist hierbei die Anwendbarkeit auf industrielle Problemstellungen. Der Vergleich mit PSP wird entscheiden, ob der PIV- basierten Ansatz als Ergänzung zu PSP oder als möglicher Ersatz angesehen werden kann.
 

Bedeutende Fortschritte sind in einzelnen Bereichen gemacht worden, wie z. B. Hochgeschwindigkeits- und Volumen PIV, instationärem PSP, und dem Ableiten des Druckes aus PIV-Daten. Um die Potenziale der einzelnen Techniken zu kombinieren, sind noch eine Reihe von grundlegenden Fragestellungen zu beantworten und zudem  technologische Probleme zu lösen. NIOPLEX bringt sehr erfahrene Teams in einem Forschungskonsortium zusammen, um diese Probleme zu lösen. Die endgültigen Ergebnisse des Projekts werden aus einem klaren Szenario von lebensfähigen Technologien für die Druckanalyse in aerodynamischen Strömungen bestehen. Die Messverfahren werden auf Testfälle für die industrielle Forschung angewendet werden. Spezielle Messprotokolle sollen entwickelt werden, um deren Nutzung zu erleichtern.

Das Projekt hat zum Ziel, die Entwicklung von verbesserten Luftfahrttransportsysteme durch eine bessere und flexiblere Strömungsdruckdiagnose für aerodynamische Performance und Aeroakustik- Source-Analyse zu unterstützen. Diese Funktionen können den Entwicklungsprozess zu einem früheren Zeitpunkt mit dem Einsatz von zusätzlichen Versuchsdaten während des Entwicklungszyklus beeinflussen.

 

Bearbeiter: M.Eng. Andrea Tagliabue

 

 

 

Deformationsmesstechnik

Analyse des Gleit- und Schlagfluges an frei fliegenden Vögeln.

Die Flugfähigkeiten der Vögel sind seit Generationen Inspiration und Antrieb der aero-dynamischen Forschung. Speziell die Leistungen im Schlagflug sind dabei in Teilen bisher nicht erklärbar, da hierfür die Kenntnis über die komplexe Adaption der Form und Profilierung der Flügel von herausragender Bedeutung ist und diese bisher nicht mit ausreichender Genauigkeit bestimmt werden konnte. Um diese erhebliche messtechnische Herausforderung einzugrenzen wurden in der bisherigen Projektlaufzeit verschiedene Messtechniken entwickelt und zur Analyse des unbeeinflussten Gleitfluges von Vögeln erfolgreich eingesetzt. Diese Methoden sollen im Rahmen des Forschungsvorhabens zur berührungslosen Vermessung des Gleit- und Schlagflugs von zwei unterschiedlichen Vögeln unter realistischen Flugbedingungen erweitert werden. Zum einen soll dabei eine leise und langsam fliegende Eule untersucht werden und als Vergleich dazu ein schnell fliegender Falke. Die Beantwortung der wissenschaftliche Fragestellung, ob die Profilgeometrie und die Bewegungsform frei fliegender Vögel mit hinreichender Genauigkeit und Ortsauflösung bestimmt werden kann, um daraus weitergehende numerische Strömungsberechnungen zu entwickeln, ist das Ziel des Forschungsprojekts. Die hierzu nötige interdisziplinäre Herangehensweise wird durch die Zusammenführung der Kompetenzen der Antragsteller gewährleistet.
 
 
 
Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP1207 „Strömungsbeeinflussung in der Natur und Technik“ (http://www.sla.tu-darmstadt.de/_spp1207/php/wel.php).
 
 
 
Partner: Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Göttingen, RWTH Aachen.

 
 

 

 


Analyse der dynamischen Schutzmechanismen von Flundern bei Bedrohung

Flundern und andere Plattfische reagieren auf Bedrohungen mit einem sehr charakteristischen Verhaltensmuster, das sich aus einer Fluchtbewegung, funktionell äquivalent dem C-Start bei pelagischen Fischen (d.h. Bewohnern des freien Wassers, nicht des Bodens), und anschließenden Eingrabbewegungen zusammensetzt. An dieses Verhalten wurden von der natürlichen Selektion zwei unterschiedliche Anforderungen gestellt, nämlich zum Einen Schnelligkeit und Effizienz, zum Anderen die Reduktion zurückbleibender Wasserverwirbelungen, die dem Angreifer als Hinweis auf die neue Position des Beutefisches dienen können. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird das charakteristische Verhaltensmuster quantitativ ermittelt, das dabei induzierte Strömungsfeld aufgeklärt und die Effizienz der Fluchtbewegung und des Tarnungsvorgangs durch Vergrabung bestimmt. Die dreidimensionale Bewegung des Tieres wird mit einer neuen Deformationsmesstechnik quantifiziert werden. Die Methode ist berührungslos, sehr genau und liefert die Geometrie des Tieres mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung, ohne die Tiere zu manipulieren. Das durch die charakteristische Bewegung induzierte Geschwindigkeitsfeld wird simultan mit der tomographischen PIV-Technik bestimmt. Diese Messmethode liefert volumetrische Daten und ermöglicht daher in Kombination mit der Deformationsmesstechnik, die Korrelation zwischen der Bewegung des Tieres und der Strömung aufzuklären. Die Effizienz des Eingrabens wird schließlich mit Hilfe der Astigmatismus PTV-Technik aufgeklärt, indem die Bewegung der Sandkörner beim Eingrabungsvorgang verfolgt wird.
 
 
 
Partner: Universität Rostock

 

 

 

 

 

Geschwindigkeitsprofil

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Deformation1

Deformation2