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Untersuchungen von Sensorsystemen für die hochaufgelöste, nichtinvasive Vermessung von Strömungsfeldern, Volumenkräften und Turbulenzen

Mathias Neumann

Editore: Shaker Verlag Okt 2013, 2013
ISBN 10: 3844022368 / ISBN 13: 9783844022360
Nuovi / Buch / Quantità: 1
Da Rhein-Team Lörrach Ivano Narducci e.K. (Lörrach, Germania)
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Dati bibliografici


Titolo: Untersuchungen von Sensorsystemen für die ...

Casa editrice: Shaker Verlag Okt 2013

Data di pubblicazione: 2013

Legatura: Buch

Condizione libro: Neu

Descrizione:

Neuware - Strömungen spielen in vielen technischen Anwendungen, wie z. B. bei der Aerodynamik oder bei Verbrennungsprozessen in Motoren und Turbinen, eine wichtige Rolle. Durch ein besseres Verständnis und eine anschließende aktive Beeinflussung der auftretenden Strömungen können wichtige Anwendungen weiterhin optimiert werden. Dazu bedarf es nichtinvasiver und hochauflösender Messtechniken. Der Laser-Doppler-Geschwindigkeitsprofilsensor (LDV-PS) ist ein Vertreter dieser Messsysteme. Er basiert auf dem Prinzip der Dopplerfrequenzverschiebung von Streulicht. Diese tritt auf, wenn bewegte, das Strömungsverhalten repräsentierende Seedingpartikel das Messvolumen des Sensors passieren. Der LDV-PS ermöglicht durch die Auswertung der Frequenzverschiebung die Bestimmung einer Geschwindigkeitskomponente und einer Ortskoordinate des Partikels. Die schlechte Zeitauflösung des LDV-PS, die durch die geringe maximale Messrate von einigen zehn Hertz bedingt war, stellte jedoch ein bedeutsames und bisher ungelöstes Defizit für Turbulenzuntersuchungen dar. Auch war der LDV-PS bisher nicht in der Lage mehrdimensionale Strömungsfelder mehrkomponentig zu erfassen, was bei vielen Anwendungen notwendig ist. Die Ziele dieser Arbeit waren daher die Verbesserung der zeitlichen Auflösung, also die Steigerung der Messrate, und die Umsetzung sowie der Einsatz eines mehrkomponentigen, mehrdimensionalen LDV-PS. Um diese Ziele zu erreichen wurde die Modell-MKQ, eine neue Signalverarbeitungstechnik zur Doppelburst-Auswertung, entwickelt. Sie erlaubt es die Limitierung des LDV-PS auf Einzelpartikelstreuung zu überwinden und überlagerte Streulichtsignale akkurat auszuwerten. Dadurch können die Validierungs- und somit auch die Messrate gesteigert werden. Durch Simulationen konnte ebenfalls eine Reduktion der Messunsicherheit um den Faktor fünf gegenüber konventionellen Algorithmen gezeigt werden. Eine weitere Neuerung ist die Mehrfachdetektion, bei der das Messvolumen des LDV-PS in mehrere Detektionsvolumina aufgeteilt und eine parallele Streulichtsignalerfassung und -verarbeitung ermöglicht werden. Zusätzlich wurden die Soft- und Hardware bei der Datenerfassung optimiert, sodass eine Parallelverarbeitung der Messdaten auf Mehrkernprozessoren durchgeführt werden können. Als Resultat konnten Messraten von über hundert Kilohertz, das bedeutet eine Steigerung um mehrere Größenordnungen, demonstriert werden. Mit den in dieser Arbeit vorgestellten weiterentwickelten, mehrkomponentigen laseroptischen Messsystemen werden Strömungsanalysen mit einer Orts- und Zeitauflösung von weniger als 2 µm bzw. 15 µs ermöglicht. Zu Demonstrationszwecken wurden Messungen an Düsenströmungen durchgeführt und die auftretenden Wirbelstrukturen sowie deren Unsicherheiten ermittelt. Der Vergleich mit Ergebnissen aus Hitzdahtmessungen führte zu übereinstimmenden Resultaten. Somit konnte gezeigt werden, dass selbst kleinste Strukturen in hochturbulenten Strömungen aufgelöst und analysiert werden können, wie sie beispielsweise in Flugzeugtriebwerken auftreten. Könnte z. B. mittels Strömungskontrolle der Wirkungsgrad von Flugzeugturbinen um nur 0,5 % gesteigert werden, würden allein bei einer mittelgroßen Airline bereits mehrere Millionen Liter Kerosin pro Jahr eingespart werden (siehe Dissertation - Zitat [78]). Dies wäre ein geradezu unschätzbarer Mehrwert für den Klimaschutz. In diesen Triebwerken sollen aus diesem Grund zukünftig neuartige Plasma-Aktoren integriert werden, die durch Strömungskontrolle eine Effizienzsteigerung der Turbinen von bis zu theoretisch 1 % erzielen können. Jedoch ist die genaue Wirkungsweise derartiger Plasma-Aktoren noch nicht hinreichend verstanden. Um diese Fragestellung zu beantworten wurde daher ein laserbasiertes Messsystem für die berührungslose optische Kraftmessung realisiert und eingesetzt. Mit dessen Hilfe konnten weltweit erstmalig die Verläufe der von einem Plasma-Aktor erzeugten Volumenkräfte mit einer Zeitauflösung von unter 10 µs erfasst und es ko. Codice inventario libreria 9783844022360

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Libreria: Rhein-Team Lörrach Ivano Narducci e.K.
Indirizzo: Lörrach, Germania

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