Zeitlich hochauflösendes Doppler-Global-Velozimeter zur Turbulenzspektrenmessung

用于湍流谱测量的高分辨率多普勒全局速度计

• 批准号: 158620360
• 负责人: Professor Dr.-Ing. Jürgen W. Czarske
• 金额: --
• 依托单位: Professur für Mess- und Sensorsystemtechnik
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2009-12-31 至 2013-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/158620360?language=en
• 关键词: Zeitlich; hochaufl; sendes; Doppler; Global

Doppler-Global-Velozimeter erlauben es, Strömungsvorgänge flächenhaft und mit allen drei Geschwindigkeitskomponenten zu erfassen. Das Messprinzip beruht auf der Umsetzung der Dopplerfrequenzverschiebung eines spektral schmalbandigen Lasers in eine Intensitätsänderung mittels einer molekularen Absorptionszelle. Zur Detektion wird bisher neben der Signalkamera eine Referenzkamera benötigt, um den Einfluss von Streulichtleistungsschwankungen zu reduzieren. Die Verwendung zweier Kameras resultiert in einer erhöhten Messunsicherheit, hervorgerufen u.a. durch Bildausrichtungsfehler. Typischerweise liegen Messunsicherheiten von 0,5 m/s bis 3 m/s vor. Weiterhin ist die zeitliche Auflösung aufgrund der Nutzung von rauscharmen CCD-Kameras auf etwa 100 ms begrenzt.Das kürzlich an der Professur für Mess- und Prüftechnik der TU Dresden realisierte DGV-Verfahren mit sinusförmiger Laserfrequenzmodulation (FM-DGV) kommt hingegen mit nur einer Detektionseinheit aus und erreicht auch dadurch eine insgesamt deutlich kleinere statistische Messunsicherheit bei einem Kalibrierexperiment bis zu 0,02 m/s. Zudem kann durch die Verwendung eines breitbandigen Photodetektorarrays eine hohe Zeitauflösung bis zu 10 μs erreicht werden. Da im Gegensatz zur bekannten Laser-Doppler- Anemometrie die Messung zeitlich äquidistant erfolgt, ist das Verfahren für die Analyse von Turbulenzspektren von komplexen Strömungen prädestiniert.In diesem Forschungsvorhaben soll das zeitauflösende FM-DGV-Messverfahren in Richtung einer verringerten Messunsicherheit untersucht werden und für die Messung komplexer turbulenter Strömungen eingesetzt werden. Die Eignung des 25-Punkt- Messsystems zur Bestimmung wichtiger Turbulenzdaten wie Geschwindigkeitsspektren und Auto- und Kreuzkorrelationsfunktionen sollen an einer expandierenden Düsenströmung und an einer transsonischen Kanalströmung gezeigt werden.Der Schwerpunkt der Arbeiten liegt auf der Vermessung des Strömungsfeldes zwischen Laufrad und Diffusor in einem transsonischen Radialverdichter. Der Vorteil des FM-DGV besteht zum einen in einer deutlich höheren Zeitauflösung, die für die Aufnahme der Turbulenzspektren benötigt wird, und zum anderen in der Möglichkeit, die out-of-plane- Geschwindigkeitskomponente (bezogen auf den Lichtschnitt) zu bestimmen, die an Radialverdichtern bisher mit Particle Image Velocimetry (PIV) nur unzureichend bestimmt werden konnte.

多普勒全球测速仪是一种简单的测速仪，它有三个测量元件。Messprinzip是一种基于多普勒频移测量的光谱窄带激光器，其强度与分子吸收有关。因此，信号摄像机的检测将需要一个参考摄像机，以减少对Streulichtleistungsschwankungen的影响。两个摄像头在一个高分辨率的测量仪上的结果，在美国。durch Bildausrichtungsfehler。典型的测量速度为0.5 m/s到3 m/s。这是一个在100 ms内对CCD摄像机进行校准的时代。德累斯顿工业大学的一个用于Mess- und Prüftechnik的实验室用正弦激光频率调制（FM-DGV）实现了DGV-Verfahren，它只需要一个探测器，而且误差也很大，德国的一个小的统计测量数据被一个Kalibrierexperiment bis zu 0.02 m/s。因此，可以通过一个短距离的光电探测器阵列来测量韦尔登的误差。激光多普勒风速仪测量时间间隔相等，这是用于分析复杂流场湍流速度的方法。在该方法中，FM-DGV-Messverfahren测量时间间隔为一个测量时间间隔韦尔登，而用于测量复杂流场的时间间隔为一个韦尔登。本文提出了一种基于Geschwindigkeitsspektren和Auto- und Kreuzkorrelationsfunktionen的25点湍流系统的特征，该特征可用于一个扩展的Düsenströmung和一个transsonischenKanalströmung gezeigt。FM-DGV的涡动特性在德国的一个热流体中是最好的，它能使湍流谱的产生变得更好，并能在流动中产生更好的面外气体动力学特性，这是一个用粒子图像测速技术（PIV）进行的径向涡动特性测量，但它只能测量韦尔登。