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Kapitel 6. Versuchauswertung mittels PIV- Verfahren
6.4 Fazit
Der große Vorteil des PIV-Verfahrens ist die Möglichkeit, ein vollständiges Verschiebungsvektorfeld
aus einem Bildpaar zu ermitteln. Dies ermöglicht eine Beschreibung der Strömung
in einer hohen räumlichen Auflösung. Dabei sind eine sehr feine Auflösungen und eine hohe
Genauigkeit möglich. Beiden Faktoren stehen allerdings die Rechenzeit und die Datenmenge
gegenüber. Mit den in dieser Arbeit verwendeten Algorithmen dauert die Versuchsauswertung
eines einzelnen Bildpaares bei Verwendung von 1056 Messpunkten circa 15 s. Bei einer
Videodauer von 2 s mit circa 300 Bildpaarvergleichen ergibt das eine Auswertungsdauer
von 1 Stunde und 15 Minuten, wobei die Implementierung nicht explizit in Bezug auf die
Rechenzeit optimiert ist.
Die lange Rechenzeit ist nicht zuletzt auch auf die Verwendung der MQD als Ähnlichkeitsmaß
zurückzuführen. Die alternative Berechnung der Ähnlichkeit durch die Kreuzkorrelation
würde aufgrund der effizienteren Berechnung im Frequenzbereich sicherlich zu einer Verminderung
der Rechenzeit führen. Allerdings weist die Kreuzkorrelation, wie z.B. auch von Gui
und Merzkirch in [16] beschrieben, bei der in dieser Arbeit verwendeten kompakten Partikeldichte
eine sehr geringe Stabilität auf. Diese geringe Stabilität lässt sich auf zwei Parameter
der Validierung der Peaks der Ähnlichkeitsebene zurückführen. In den meisten Fällen
wurde das Maximum in der Ähnlichkeitsebene aufgrund der Unterschreitung der Grenzwerte
für den Peak-height-ratio sowie des Signal-to-noise-Verhältnisses (siehe Kapitel 3.3.6)
als falsche Zuordnung bewertet. Eine Verringerung der Grenzwerte erzielte teilweise bessere
Ergebnisse, führte aber meistens zu extremen Fehlzuordnungen. Daher ist die Verwendung
der Kreuzkorrelation für diesen speziellen Fall nicht praktikabel. Die Anwendbarkeit ist aber
für andere Messaufbauten erneut zu prüfen.
Neben der langen Rechenzeit stellt das PIV-Verfahren auch einen hohen Anspruch an den
Versuchsaufbau selbst. Dabei spielt eine geeignete Dichte von Partikeln über den gesamten
Messzeitraum eine entscheidende Rolle. Daher kommt der Partikelzufuhr (engl. Seeding) eine
ganz besondere Bedeutung zu. Schwankungen in der Dichte oder der Anzahl von Partikeln
führen meist dazu, dass die Auswertung mit diesem Verfahren entweder nicht möglich ist
oder die Ergebnisse nicht zufriedenstellend sind. Das Verfahren ist daher sehr empfindlich
gegenüber Störeinflüsse, was eine Reproduzierbarkeit einer Messreihe erschwert.
Diese Arbeit hat gezeigt, dass eine Auswertung einer Strömung durch das PIV-Verfahren
auch mit einer handelsüblichen Industriekamera grundsätzlich möglich ist. Die geringe Auflösung
der Kamera macht allerdings die Verwendung von großen Partikeln notwendig. Die
geringe Bildwiederholungsrate limitiert darüber hinaus die mögliche Strömungsgeschwindigkeit
auf weit unter 1 m s
. Die hier verwendete Kamera ist aufgrund dieser Einschränkungen
grundsätzlich eher ungeeignet für das PIV-Verfahren. Für weitere Versuchsreihen in dieser
Richtung sollte in jedem Fall auf eine Hochgeschwindigkeitskamera zurückgegriffen werden,
welche bei heutigem Stand der Technik schon über Bildwiederholungsraten von über 3000
fps bei einer Auflösung von 1000 × 1000 Pixeln verfügen.
Masterarbeit Julian Paar 61