3D Scanning PTV mit hochauflösender Rekonstruktion von Lagrange'schen Partikeltrajektorien zur Analyse zyklischer Transportprozesse in abgelösten Strömungen

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In dem beantragten Förderabschnitt soll das 3D Lichtschnitt-Scanning zur Optimierung der 3D-PTV eingesetzt werden, so dass die Partikelanzahldichte deutlich erhöht werden kann und erstmals die Untersuchung von Lagrange’schen Trajektorien mit einer bisher nicht erreichbaren Dichte gegenüber der klassischen 3D PTV möglich wird. Die für die Strömungsanalyse ebenso wichtige Information der Lagrange’schen Bewegung erfordert eine direkte Verfolgung der Tracer-Partikel für lange Bildfolgen (Partikelspuren). Photogrammetrische 3D-PTV Verfahren liefern jedoch aufgrund des Korrespondenzproblems und der Überlappung der Partikelbilder immer noch nicht eine genügend hohe Spurdichte, um hieraus mit ausreichender Genauigkeit die Geschwindigkeitsgradienten mit hoher örtlicher Auflösung oder statistische Werte zur Turbulenzanalyse bestimmen zu können. Mit Hilfe des 3D Scannings mit einem „dicken“ Lichtschnitt, einer telezentrischen Abbildung und einem hybriden Spurverfolgungs-Ansatz mit initialer Bewegungsschätzung lässt sich eine Verbesserung gegenüber der klassischen 3D-PTV mit einer um 1-2 Größenordnungen höheren Anzahldichte von Partikelspuren erwarten. Dies soll in ausgewählten Strömungskonfigurationen eingesetzt werden, um die dynamische Wechselwirkung zwischen Außenströmung und Ablöseregion zu untersuchen und die zyklischen Transportprozesse anhand statistischer Analyse der Partikeltrajektorien sowie deren Verweilzeiten quantifizieren zu können.