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Fluid Mechanics

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Fluid Mechanics. Imaging Systeme - Allgemeine Strömungsmessung - Verbrennungsdiagnostik - Partikelgrößen Bestimmung Fluid Dynamics - Luft- und Gasströmungsmessung - Thermischer Komfort - Strömungsmessung von Flüssigkeiten - Partikel Größenbestimmung - PowerPoint PPT Presentation

Text of Fluid Mechanics

  • Fluid Mechanics

  • Dantec Dynamics Gruppenbersicht

    Dantec Dynamics ist der fhrende Hersteller optischer Messtechnik in der Forschung und Entwicklung fr die Bereiche Strmungsmechanik, Mikrofluidtechnik, Verbrennungsvorgnge und der Bestimmung von Festigkeitsparametern von Materialien und Komponenten. Gegrndet 1992. Ehemals Teil der DISA and Dantec Elektronik, Zentrale: Kopenhagen, DnemarkEigentmer: LD (Rentenfond), Vitesse A/S und einige Mitarbeiter6 Tochtergesellschaften in 5 Lndern und Vertretungen weltweit140 Mitarbeiter weltweit, davon viele mit wissenschaftlicher Ausbildung im F&E Bereich. Jahresumsatz ca. 20 M. ($ 25 M.)Dauerhaft profitabel Exportanteil : 99% AAA Kredit Rating von Duns & Bradstreet

  • Geschftsbereiche der Dantec Dynamics GruppeImaging Systeme - Allgemeine Strmungsmessung - Verbrennungsdiagnostik - Partikelgren Bestimmung

    Fluid Dynamics - Luft- und Gasstrmungsmessung - Thermischer Komfort - Strmungsmessung von Flssigkeiten - Partikel Grenbestimmung

    Strain/Stress/Vibration - Dehnungs- und Spannungsmessungen - Vibrationsanalysen - Zerstrungsfreie Material- und Bauteilprfung

    Optimierung von Produktdesign und VerbrennungstechnikAerodynamik und HydrodynamicsOptimierung von Materialien und Komponenten

  • Wissenschaftliche TtigkeitenDienstleistungen & BeratungAuftragsmessung und Beratungsttigkeit im Bereich Fluid Mechanics

  • Experimental Fluid DynamicsCTA Systeme Strmung und Turbulenzen Technik fr Punktmessungen in 1D,2D und 3D Gas- und Flssigkeitsstrmung.Besonders geeignet fr Mikro-Struktur Untersuchungen.

    - StreamLine CTA- MiniCTA

  • Welche Vorteile bietet die Hitzdrahtmesstechnik ?Groer Dynamikbereich von cm/s bis berschallHohe Genauigkeit - unter Laborbedingungen 1%Hohe zeitliche Auflsung bis 500 kHzHohe rumliche Auflsung 5m * 1mmNiedriger Druckabfall durch kleinen SensorKontinuierliches analoges Ausgangssignal1D , 2D und 3D MessungenMehrkanalmessungenTemperaturmessung

  • Das Messprinzip IEin dnner Draht, montiert auf zwei parallelen Haltespitzen, wird der Strmung ausgesetzt. Wird ein elektr. Strom durch den Draht geleitet, heizt sich dieser auf (IRW). Im Gleichgewichtszustand wird diese Wrmemenge in die Umgebung abgegeben (Konvektion).ndert sich die Strmungsgeschwin- digkeit, ndert sich die Wrmeabfuhr und damit die Temperatur des Drahtes. Der Regelkreis regelt die Differenz aus.

  • Das Messprinzip IIDer Sensorwiderstand (Temperatur) wird durch den Regelkreis konstant gehalten

    Die Wrmeabfuhr ist u.a. abhngig von der anliegenden Strmung

  • Das Messprinzip IIIDie Ausgangsspannung ber den Draht ist gegeben durch:E2 = I2Rw2 = Rw(Rw - Ra)(A1 + B1Un)oder Rw wird durch den Servoverstrker konstant gehalten durch: E2 = A + BUn

    E2 = Ausgangsspannung Rw = Warmwiderstand Ra = Kaltwiderstand A,B = Konstanten, abhngig vom MediumU = Strmungsgeschwindigkeit n = Exponent , ca. 2-2,5 ber 0,1

  • Sondentypen IMiniatur Draht SondePlatinierter Wolframdraht, 5 m Durchmesser, 1,2 mm LngeVergoldete Drahtsonde Gesamtlnge 3 mm, 1,25 mm aktive Sensorlnge vergoldete Drahtenden

    Vorteile:-Przise definierte aktive Sensorlnge -reduzierte Wrmeabfuhr in die Halterspitzen-gleichmige Temperaturverteilung lngs des Drahtes-geringerer Einfluss der Sondenhalterung in der Strmung

  • Sondentypen IIFilmsondenDnner Nickelfilm auf einem QuarzkrperZustzliche Quarzschicht schtz vor Korrosion, Verschlei, mechanischer Beschdigung, elektrische Isolation

    Fiber-Film SondenDnner Nickelfilm auf einem drahthnlichen Quarzstab (70m)

  • Sondentypen IIIX-Sonden fr 2D Strmungen2 Sensoren senkrecht zueinander. Messwinkel 45o.Split-Fiber Sonden fr 2D Strmungen2 Filmsensoren gegenberliegend auf einem Quarzzylinder Messwinkel 90o.Triaxiale Sonde fr 3D Strmungen3 Sensoren jeweils orthogonal zueinander. Messwinkel innerhalb 70o Konus.

  • Experimental Fluid DynamicsLDA Systeme Strmung und TurbulenzenGut etablierte non-intrusive Punktmesssystemefr 1D, 2D oder 3DGeschwindigkeitserfassung von Gas- und Flssigkeitsstrmungen.

    - FiberFlow LDAFlowLite LDAFlowExplorer LDA

  • Eigenschaften des LDABerhrungsloses Messen ohne Rckwirkung auf das Medium Absolutes MessverfahrenHohe Genauigkeit, da kein Einfluss durch Temperatur, Dichte, etc. Hohe zeitliche Auflsung bis mehrere kHzHohe rtliche Auflsung durch kleines MessvolumenPhysikalisch linearer Zusammenhang zwischen Strmungsgeschwindigkeit und Doppler-Signal

  • Das LDA PrinzipLaser Signal- verarbeitungSendeoptikEmpfangsoptikmit DetektorSignal- aufbereitungStrmungHeNeAr-IonNd:YAG DiodeStrahlteiler(Freq. Shift)Achrom. LinseGasFlssigk.PartikelAchrom. LinseRuml. FilterPhotomultiplierPhotodiodeSpektrumanalyseFFT-ProzessorVerstrkerFilter PC

  • SendeoptikenGrundmodule:StrahlteilerAchromatische LinsenOptionen: Frequenzshift (Braggzelle)niedr. Geschw.StrmungsrichtungStrahlaufweitungVerkl. des MessvolumensErhhung der LaserintensittLaser

    Bragg-zelleBSFD EDDLLinse

  • Geschwindigkeit = Weg/ZeitLaserBragg-zelleRckstreulichtMessvolumenDetektorProzessor

  • Signalcharakteristikenungefiltertes Signalgefiltertes Signal

  • LDA - Interferenzstreifenmodell Das Strahlenkreuz und das Schnitt- bzw. MessvolumenEbene WellenfrontenInterferenz in der Ebene des fokussierten SchnittvolumensHell-Dunkel Streifenmuster

  • Richtungmehrdeutigkeit / FrequenzverschiebungPartikel gleicher Geschwindigkeit ergeben gleiche Dopplerfrequenz unabhngig von der Bewegungsrichtung.

    fmaxfshiftfminfuuminumaxuminumaxDie Einbindung einer Frequenzverschiebung bewirkt eine konstante Bewegung des Interferenzstreifenfeldes Reversible Geschwindigkeiten und Geschwindigkeit Null werden erkanntno shift shift

  • Frequenzverschiebung / BraggzelleAkusto-optischer ModulatorSignalgenerator (typisch: 40 MHz)Frequenzerhhung um die ShiftfrequenzAkustischer AbsorberPiezo-transducerfs40 MHzAbsorberWellenfrontLaserfLfL + fS

  • LDA Fiber Flow LDA System

  • 3D Messung um ein 1:5 Fahrzeugmodell in einem WindkanalMit freundlicher Genehmigung von Mercedes-Benz, Germany

  • Messung des Strmungsprofils in einem Rohr

  • Strmungsprofile einer turbulenten Strmung

  • Umstrmung einer Schiffsschraube in einem KavitationstankMit freundlicher Genehmigung der Universitt Rostock, Germany

  • Wasserstrmung in einem PumpenmodellMit freundlicher Genehmigung der Grundfos A/S, DK

  • Strmungsmessung in einem VentilmodellMit freundlicher Genehmigung der Westschsische Hochschule Zwickau, Germany

  • Vergleich von EFD und CFD Ergebnissen

  • Strmungsfeld zwischen Khler und Kondensator

  • Experimental Fluid DynamicsPDA Systeme - Partikel CharakterisierungBerhrungslose Analyse der Partikelgre, Geschwindigkeit und Massenstrom von spherischen Partikeln

    - FiberPDA Systeme- DualPDA Systeme

  • Das PDA PrinzipOptische Parameter fr einen PDA-Aufbau:Strahl Schnittwinkel Streuwinkel Hhenwinkel Polarisation (parallel oder senkrecht zur Streuebene)Form und Gre der Detektorblende

  • StreuformenDie Intensitt des Einfallstrahls wird teilweise reflektiert und gebrochen. Das Intensittsverhltnis ist durch die Fresnel-Koeffizienten gegeben und hngt vom Einfallwinkel, der Polarisation und dem relativen Brechungsindex.Der Streuwinkel ergibt sich durch das Snelliussche GesetzDie Phase ergibt sich durch die optische Pfadlnge des Strahls. Der Groteil der Intensitt ist in den ersten drei Streumodi enthalten.

  • HiDense PDA HiDense PDA ist eine Komplettlsung:FiberFlow Sonde mit Argon LaserHiDense PDA Sonde mit Slit SelectorBSA P80 Prozessor mit groem Geschwindigkeitsbereich BSA Flow Software

  • PDA und Ultra-Dense-SpraysHerausforderungen:Mitte des Sprays erreichenHohe Geschwindigkeits-schwankungenKleine Partikel AnforderungenKleine Abmessung der SondeHohe LaserleistungErweiterte Signalverarbeitung

    Mit freundlicher Genehmigung von Lotus Engineering

  • Treibstoffeinspritzung bei Automobilen Photo: AVL, Graz, Austria

  • Treibstoffeinspritzung bei FlugzeugmotorenPhoto: DLR, Institut fr Antriebstechnik, Kln, Germany

  • DsendesignPhoto: Gustav Schlick GmbH & Co., Untersiemau, Germany

  • Partikel Grenbestimmung KombinationenBeispiele:HiDense SpraysPDAHigh speed flchenhafte DarstellungSprayPDAHigh speed SchattengrenbestimmungTreibstoffeinspritzungPDAMie/LIF SystemeShadow images of spraysDr. Tropea, Sales meetingVisualShadow sizePDA Calibrate LIF data from Formula 1 engine injection nozzle

  • Experimental Fluid DynamicsPIV Produkt FamilieKomplettes Angebot von Flchenmesssystemen fr 2D- und 3D-Anwendungen:

    - 2D und 3D Standard PIV2D und 3D TR-PIV - Verstrkte Kameras - NanoSense Technologie PIV and LIFLIIMie/LIF TechnikSchattentechnik

  • Was ist Particle Image Velocimetry?Mit PIV kann man unmittelbar Strmungsgeschwindigkeiten in einer Ebene messen.

    Mit den klassischen CTA- und LDA-Messverfahren kann man Strmungsgeschwindigkeiten in einem Punkt und ber einen Zeitraum hinweg messen.

  • PIV Was wird bentigt?Das Messverfahren in einfachen Schritten

    Die Strmung wird mit Partikeln versehen (Seeding) Das Messfeld wird beleuchtetDie Kamera macht zwei BildaufnahmenDas Bild wird ausgewertet

  • Synchronisierung von gepulsten LasernQ-Switch 1Blitzlampe 2Q-Switch 2Blitzlampe 1FreilaufDoppel-Cavity Pulslaser mit Q-SwitchTestlampeCavity 1Cavity 2Synchronisations-einheit

  • Rumliche AuflsungAbfragerasterRumliche Auflsung im Strmungsfeld

  • Gute Kreuzkorrelation

  • Str