Brandenburgische Technische Universität Cottbus Konstruktion und ...

2.3. Particle Image Velocimetry
Die Particle Image Velocimetry gehört zu den Messverfahren, welche eine optische
Zugänglichkeit zur Strömung fordern. In die zu untersuchende Strömungsebene
wird mit einem in der Ebene aufgeweiteten Laser ein Laserlichtschnitt gelegt.
Von der Strömung mitgeführte Partikel werden von dem Laser beim
Passieren des Lichtschnittes zum Emittieren von Licht angeregt, als sekundäre
Lichtquelle.
Als Partikel kommen im Prinzip alle kleinen Teilchen in Frage, die einen anderen
Aggregatzustand haben als das zu vermessende Fluid. So ist im Fall der hier konstruierten
Messstrecke der Einsatz von Feststoffpartikeln wie Stäube oder Pulver
genauso denkbar, wie die Verwendung von flüssigen Partikeln in Form von Nebel.
Wichtig für die Wahl der einzusetzenden Partikel ist ihr Folgevermögen in der Fluidströmung.
Ideal ist ein schlupffreies Verhalten des Partikels im Fluid, doch in der
Realität gibt es immer Abweichungen, die auf drei verschiedene Gründe zurückzuführen
sind.
1. Auftrieb: Wenn die Partikel eine andere Dichte als das zu untersuchende
Fluid besitzen steigen oder sinken sie in der Strömung. In Gasen als
Fluid ist das sedimentieren der Partikel nicht zu vermeiden, während
man in Flüssigkeiten meist dichteangepasste Partikel verwenden kann.
2. Trägheitskräfte: Auf die mitgeführten Partikel wirkende Trägheitskräfte
führen zu einer zeitlich verzögerten Beschleunigung des Partikels und
damit zu einer zeitlichen Mittelung der auf das Partikel wirkenden Beschleunigungen.
3. Räumliche Mittelung: Bei größeren Partikeln bewirken die an der O-
berfläche des Partikels angreifenden Kräfte eine räumliche Mittelung
des Partikels.
Der Aufenthaltsort dieser Partikel wird beim Passieren des Laserlichtschnittes von
einer Digitalkamera zu zwei dicht aufeinander folgenden Zeitpunkten festgehalten.
Die hierfür eingesetzten Kameras können bis zu 30 Bilder pro Sekunde aufnehmen.
Das ist nötig, um bei turbulenten Strömungen aussagekräftige Ergebnisse zu
erhalten. Die Kamera muss senkrecht zu der vom Laserlichtschnitt aufgespannten
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