Motivation

Aufgrund enormer Fortschritte im Bereich der digitalen Kamera-, Laser- und LED-Techniken zur räumlich wie zeitlich hochaufgelösten Bildakquisition auf der einen Seite und der erhöhten Leistungsfähigkeit von Computern und GPU-Clustern zur digitalen Bildverarbeitung auf der anderen Seite, befinden sich optische Messtechniken zur Zeit in einem rasanten Aufschwung und lösen zunehmend klassische, sondenbasierte Messtechniken ab. In der Vorlesung werden die theoretischen, optischen und  technischen Grundlagen, sowie die aktuellen Weiterentwicklungen und Anwendungen bildgebender Messverfahren in den Bereichen der Aerodynamik, Strömungsmechanik, und Aeroelastik, als auch z.T. der Aeroakustik behandelt. Neben Verfahren, die auf die Erfassung aerodynamisch und –elastisch relevanter Messgrößen wie der flächigen Verteilung von Druck, Deformation, Temperatur oder Wandschubspannung an Modelloberflächen abzielen, werden auch optische Verfahren zur flächigen und volumetrischen Vermessung von skalaren Größen in Strömungen, wie Dichte, Konzentration oder Temperatur vorgestellt. Der größere Teil der Vorlesung wird sich allerdings mit der Theorie, Anwendung und Auswertung von partikelbasierten Messverfahren zur flächigen und volumetrischen Bestimmung von momentanen und zeitaufgelösten Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- und Druckfeldern in instationären Strömungen, als auch mit  den Möglichkeiten der darauf folgenden Datenassimilation und -analyse befassen.

Inhalte

Die Studierenden lernen sowohl die (laser-)optischen und elektronischen Grundlagen als auch geeignete digitale Bildverarbeitungs- und Auswertemethoden für verschiedene bildgebende 2D- und 3D Mess- und Visualisierungsverfahren (z.B. PIV, LPT, LIF, PSP, TSP, BOS, DIC etc)  in der Strömungsmechanik und Aerodynamik kennen. Vermittelt durch relevante Anwendungen in transitionellen, turbulenten und anderen instationären Strömungen und auf den Oberflächen der umströmten Körper werden die Studierenden die Grenzen (systematische und Signal-Rausch-Verhältnis-bedingte Messungenauigkeiten) und Möglichkeiten der unterschiedlichen optischen (nicht-intrusiven) Messverfahren kennen lernen. Mit diesen Kenntnissen ausgestattet, erlernen die Studierenden die Anwendung von (statistischen) Analyseverfahren, die auf die experimentell erzielten momentanen bzw. zeitaufgelösten flächigen oder volumetrischen Strömungsmessdaten aus industriellen Anlagen oder Wind- und Wasserkanälen angewendet werden können, um ein vertieftes Verständnis der untersuchten Strömungseigenschaften zu erzielen. Die quantitativen Strömungsmessdaten und ihre Analyse soll den Studierenden wiederum ermöglichen, einen direkten Bezug zu den  zugrundeliegenden Navier-Stokes-Gleichungen, daraus abgeleiteten RANS und Transportgleichungen, zu unterschiedlichen Modellen und Dynamiken von kohärenten Strömungsstrukturen, zu theoretischen Aspekten der Turbulenzstatistik, zu aero-elastisch gekoppelten Strömungs-Struktur-Wechselwirkungen oder auch zur Strömungsakustik zu gewinnen.

Einschreibung

Kurs: 13518 Image based measurement techniques for fluid mechanics

Termine

Vorlesung

Donnerstag 13:45 - 17:00, zweiwöchentlich (B-Woche).

Die erste Vorlesung beginnt am 11.4.2024.

Praktikum

Donnerstag 13:45 - 17:00, zweiwöchentlich (A-Woche).

Das erste Praktikum beginnt am 18.4.2024.