Laser-Doppler-basierte Geschwindigkeitsprofil- und Geschwindigkeitsfeldsensoren für die hochauflösende Untersuchung von Scherschichten

Name: Laser-Doppler-basierte Geschwindigkeitsprofil- und Geschwindigkeitsfeldsensoren für die hochauflösende Untersuchung von Scherschichten
Brand: Shaker Verlag
Availability: OutOfStock
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By Andreas Voigt

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Description

Str?mungph?nomene spielen in weiten Bereichen der industriellen Anwendung eine zentrale Rolle. Eine besondere Bedeutung kommt dabei der Str?mung nahe einer Wand (der Grenzschicht) und dem Gebiet zweier aufeinandertreffender Str?mungen unterschiedlicher Geschwindigkeit (der Scherschicht) zu. So h?ngt die Effzienz und Sicherheit eines Kraftwerks ma?geblich von der Effzienz des K?hlkreislaufes ab. Diese wiederum ergibt sich aus der erzwungenen, turbulenten Str?mung in Wandn?he des W?rme?bergangs. Die Durchflussbestimmung, z. B. von Erdgas, durch ein Rohr oder eine D?se ist durch genaue Kenntnis des Str?munggeschwindigkeitsprofils m?glich, wobei hier eine genaue Kenntnis von Mittenstr?mung und Grenzschicht notwendig ist. F?r diese Anwendungen werden industriell einsetzbare Str?mungsmessinstrumente mit hoher Orts- und Geschwindigkeitsaufl?sung ben?tigt. In Festplattenspalten, bei Einspritzd?sen und in Mikrokan?len treten Str?mungen auf, die auf kleinen Skalen zwei- oder dreidimensionales Verhalten aufweisen. Zur Erfassung solcher Str?mungen sind hochaufl?sende Feldmessverfahren n?tig.
Der Laser-Doppler-Profilsensor ist ein auf der Laser-Doppler-Anemometrie basierendes Str?mungsmessverfahren. Anstelle eines einzelnen Interferenzstreifensystems mit parallelen Strahlen werden zwei ?berlagerte Streifensysteme mit konvergierenden bzw. divergierenden Streifen verwendet. Dies gestattet die Bestimmung der Position der verwendeten Streuteilchen innerhalb des Messvolumens. Dadurch wird im Vergleich zur konventionellen Laser-Doppler-Anemometrie eine um je eine Gr??enordnung und mehr erh?hte Orts- und Geschwindigkeitsaufl?sung erreicht. Bisher wurde das Messverfahren allerdings ausschlie?lich in Str?mungsmessungen im nichtindustriellen Bereich zum Nachweis der prinzipiellen Funktionalit?t eingesetzt. Au?erdem erlaubt der Laser-Doppler-Profilsensor nur eine eindimensionale Positionsbestimmung.
In dieser Arbeit wurden erstmalig Profilsensorsysteme f?r den industriellen Einsatz entwickelt und eingesetzt. F?r die Durchflussmessung von Erdgas bei einem Druck von 50 bar konnte das Str?mungsprofil im Austritt einer D?se erfolgreich vermessen werden. Die in der Mitte der Str?mung gemessene Standardabweichung der Geschwindigkeit war um einen Faktor 20 geringer als mit einem konventionellen Laser-Doppler-Anemometer. Der niedrigste mit dem Profilsensor gemessene Turbulenzgrad der Str?mung betrug 7 ? 10 -4. Ebenso wurde das Turbulenzprofil in der Scherschicht pr?ziser gemessen. F?r einen Reaktormodellk?hlkreislauf wurde ein Messsystem f?r die Grenzschichtmessung entwickelt, das erh?hten Anforderungen an die Stabilit?t und Nutzerfreundlichkeit gen?gte. Durch systematische Untersuchungen zum Einfluss der Auslegung und Positionierung der Detektionsoptik konnte die Entfernung des zur Wand n?chsten Datenpunktes von > 1 mm auf ca. 125 ?m gesenkt werden. Damit wird ein zuk?nftige Messung zwischen ca. 1 mm hohen Rippenstrukturen m?glich. Durch orthogonale Kombination von zwei Laser-Doppler-Profilsensoren wurde erstmals der Laser-Doppler-Feldsensor zur hochaufl?senden zweidimensionalen Geschwindigkeitsfeldmessung aufgebaut. Er erm?glicht eine bildgebende Str?mungsmessung, ohne eine Kamera zu verwenden. Seine Funktionsf?higkeit wurde durch Geschwindigkeitsfeldmessungen an einer Einspritzd?se und einem Mikrokanal demonstriert.
Mit dem Laser-Doppler-Profilsensor lassen sich in Str?mungsmessungen Ortsaufl?sungen im Sub- Mikrometerbereich und relative Geschwindigkeitsaufl?sungen < 7 ? 10 -4 erreichen. Die Vorz?ge des Verfahrens lie?en sich erstmalig in der industriellen Vermessung von Grenz- und Scherschichten zeigen. Der neu entwickelte Laser-Doppler-Feldsensor hat gro?es Potential zur Messung von kleinskaligen zweidimensionalen Scher- und Grenzschichtstr?mungen, insbesondere in der Mikrofluidik.

Product details

Binding:: Paperback
Edition:: 1
Languages:: Original: German
Number of Pages:: 142
Publisher:: Shaker Verlag
Publication Date:: 2011-08-05
ISBN / EAN:: 9783844002478
Weight:: 205 g
Dimensions:: 146/208/12 cm

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