Particle Image Velocimetry für Brennkammern und Verdichteranwendungen. AT-TM. (PIV & Stereo PIV)

Messgrößen

  • Geschwindigkeit

Prinzip

Es werden von einem Hochleistungslaser zwei Lichtblitze erzeugt. Mit Hilfe einer Lichtschnittoptik lässt sich ein Laserlichtschnitt von ca. 1 mm Dicke formen. Das Streulicht, von den dem Fluid beigemengten Tracerpartikeln, im Laserlichtschnitt wird mittels einer hochauflösenden CCD-Kamera einfach (Single- Frame) oder zweifach (Double-Frame) aufgenommen. Der Bildausschnitt (Auswertefenster) ist nur ein relativ kleiner Ausschnitt des Laserlichtschnitts. Bei der senkrecht zum Lichtschnitt positionierten CCD-Kamera kann es sich um eine Autokorrelations- oder um eine Kreuzkorrelationskamera handeln, d.h., die beiden Aufnahmen liegen auf einem Bild (Single-Frame Double-Exposure) oder auf zwei getrennten Bildern (Double-Frame Single-Exposure) vor. Somit können der Betrag, die Richtung und die Orientierung der Absolutgeschwindigkeit durch Bestimmung und Auswertung der Autokorrelationsfunktion (AKF) der einen Aufnahme oder der Kreuzkorrelationsfunktion (KKF) der zwei Aufnahmen erfasst werden.

Anwendung

Ortsaufgelöste Messung der Geschwindigkeit von strömenden Fluiden:
* Strömungsfeld innerhalb eines Brennkammersektors (in Mischzonen einer Flugtriebwerksbrennkammer),
* am Austritt eines Brenners,
* in Komponenten von Turbomaschinen (Optimierung von rotierenden Multipass-Kühlkanälen, Strömungsmessungen im stationären & rotierenden Modell) und
* Anwendung in reagierender Strömung (d.h. in Flammen) möglich.
Messfehler < 1% bzgl. der mittleren Geschwindigkeit.
Relativ hohe Anforderungen an die Zugabe der Partikel und an die Güte des optischen Zugangs (d.h. Seeding-Partikeldichte und Verschmutzung der Fenster relativ kritisch).
Standard:
Simultane Messung von zwei Komponenten.
Simultane Messung aller drei Komponenten durch Stereo-PIV möglich.
Turbulenzinformation ermittelbar: rms-Werte vx’, vy’ und vz’

Literatur / Referenzen

  • ELFERT, M., JARIUS, M., WEIGAND, B.: Detailed Flow Investigation using PIV in a Typical Turbine Cooling Geometry with Ribbed Walls. ASME TURBO EXPO, Vienna, Austria, June 14-17, 2004.
  • SCHUBERT, S, NEUMANN, S.O., WEIGAND, B., JARIUS, M., ELFERT, M.: Investigation of flow phenomena and heat transfer performance of a ribbed two-pass cooling channel with turbine typical cross sections. 16th International Symposium on Air Breathing Engines, August 31- September 5, 2003, Cleveland, Ohio, USA.
  • JARIUS, M., ELFERT, M.: Flow Investigation in a Two-Pass Coolant Channel with/without Ribbed Walls. 16th International Symposium on Air Breathing Engines, August 31- September 5, 2003, Cleveland, Ohio, USA.
  • WILLERT, C., JARIUS, M.: Planar Flow Field Measurements in Atmospheric and Pressurized Combustion Chambers. Experiments in Fluids, 2002.
  • RACKWITZ, L., DÖRR, T., SCHILLING, T., HEINZE, J., JARIUS, M., STURSBERG, K.: Experimentelle und theoretische Untersuchung der Brennstoffaufbereitung in mager vorgemischten Flammen. 23.-26. September 2002, DGLR-2002-059, Stuttgart 2002.
  • JARIUS, M., ELFERT, M.: Steady Fluid Flow Investigation with Particle Image Velocimetry in a Multi-Pass Coolant Channel. 11th International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics, Lisbon, Portugal, 2002.
  • WILLERT, C., JARIUS, M.: Planar Flow Field Measurements in Atmospheric and Pressurized Combustion Chambers. 4th International Symposium on Particle Image Velocimetry, PIV´01, Paper 1083, Göttingen, Germany, September 17-19, 2001
  • RAFFEL, M., WILLERT, C., KOMPENHANS, J.: Particle Image Velocimetry. Springer Verlag, Berlin 1998.
  • ADRIAN, R.J.: Particle-Imaging Techniques for Experimental Fluid Mechanics, Annual Review of Fluid Mechanics, Vol. 23, 1991.

Institut / Einrichtung

DLR-Institut für Antriebstechnik

Kontakt

Melanie Voges
DLR-Institut für Antriebstechnik

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Dr.-Ing. Alexander Born
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Technologiemarketing

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