Ein Mikrostruktur-Sensorkonzept zur bildgebenden Vermessung

- der instationären zweidimensionalen Wandschubspannungsverteilung in turbulenten Strömungen

Bearbeiter:Dipl.-Ing. Daniel Bauer
Beginn:Oktober 2005
Dauer:3 Jahre
Kooperationspartner:
  • Dr. Georg J. Schmitz,
  • ACCESS e.V. Materials&Processes,
  • An-Institut der RWTH Aachen, FB IV

Inhalt:

Es wird eine neue innovative Messtechnik zur flächigen zeitauflösenden Erfassung der Wandschubspannungsverteilung vorgestellt, die in diesem Vorhaben weiterentwickelt und erstmalig für die dynamische Darstellung und quantitative Analyse der Wandschubspannungsverteilung in einer turbulenten Kanalströmung eingesetzt werden soll.
Das Verfahren basiert auf einer mikrostrukturierten und im Rahmen des Vorhabens weiter zu optimierenden Sensor-Folie mit einem dichten Raster von schlanken, hochflexiblen Mikrozylindern,Abb.: Auslenkung der Mikrozylinder für unterschiedliche Anregungsfrequenzen die normal zur Oberfläche in der zähen Unterschicht der Strömung stehen und sich proportional zur Wandschubspannung verbiegen. Diese Verbiegung wird zeitaufgelöst für alle Mikrozylinder gleichzeitig über ein bildgebendes Verfahren mit Hochgeschwindigkeitskameras detektiert und über digitale Bildverarbeitung hochgenau vermessen. Das Verfahren wird hinsichtlich der Messgenauigkeit sowie der Orts- und Zeitauflösung charakterisiert und kann zur dynamischen Erfassung der fluktuierenden Wandschubspannungsverteilung in einer turbulenten Kanal- oder Grenzschichtströmung eingesetzt werden. Das Verfahren sowie die Herstellung des zu Grunde liegenden Sensors ist eine Neuentwicklung und stellt eine wesentliche Methode in der Untersuchung und physikalischen Interpretation der Dynamik von wandnahen turbulenten Wirbelstrukturen dar.