3D Scanning Particle-Tracking-Velocimetry (PTV) mit hochauflösender Rekonstruktion von Lagrange'schen Partikeltrajektorien

- zur Analyse zyklischer Transportprozesse in abgelösten Strömungen

 

Bearbeiter:Dipl. Phys. Clemens Kirmse
Beginn:November 2007
Dauer:3 Jahre
Kooperationspartner:SPP 1147 "Bildgebende Messverfahren für die Strömungsanalyse"

Inhalt:

Das Projektziel besteht im Einsatz des 3D-Lichtschnitt-Scannings zur Optimierung der 3D-Particle-Tracking-Velocimetry (PTV), so dass die Partikelanzahldichte deutlich erhöht werden kann und erstmals die Untersuchung von Lagrange'schen Trajektorien mit einer bisher nicht erreichbaren Dichte gegenüber der klassischen 3D-PTV möglich wird.

Die für eine Strömungsanalyse wichtige Information der Lagrange'schen Bewegungerfordert eine direkte Verfolgung der Tracer-Partikel für lange Bildfolgen (Partikelspuren). Photogrammetrische Verfahren der 3D-PTV liefern jedoch aufgrund des Korrespondenzproblems und der Überlappung der Partikelbilder immer noch nicht eine genügend hohe Spurdichte, um hieraus mit ausreichender Genauigkeit die Geschwindigkeitsgradienten mit hoher örtlicher Auflösung oder statistische Werte zur Turbulenzanalyse bestimmen zu können. Die Anwendung des 3D-Scannings mit einem dicken Lichtschnitt, einer telezentrischen Abbildung und einem hybriden Spurverfolgungs-Ansatz mit initialer Bewegungsschätzung lässt eine Verbesserung gegenüber der klassischen 3D-PTV mit einer um ein bis zwei Größenordnungen höheren Anzahldichte von Partikelspuren erwarten.

Dieses Verfahren soll in ausgewählten Strömungskonfigurationen eingesetzt werden, um die dynamische Wechselwirkung zwischen Aussenströmung und Ablöseregion zu untersuchen und die zyklischen Transportprozesse anhand statistischer Analysen der Partikeltrajektorien sowie deren Verweilzeiten quantifizieren zu können.