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E-Book

Strömungsmesstechnik

AutorAndré Brunn, Wolfgang Nitsche
VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2006
Seitenanzahl224 Seiten
ISBN9783540324874
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis78,22 EUR

Das Buch bietet einen komprimierten Überblick über die etablierten Strömungsmesstechniken einschließlich der neuen Entwicklungen auf dem Gebiet der bildgebenden Messverfahren. Im Vordergrund stehen dabei sowohl die messphysikalischen Grundlagen als auch die praktische Anwendungen der einzelnen Verfahren. Zu den behandelten Problemstellungen gehören zunächst die klassischen Aufgabenstellungen der Druck-, Geschwindigkeits-, Temperatur- und Wandreibungsmessung in Strömungsfeldern bzw. an Strömungskörpern mit Hilfe von Sonden und Sensoren. Einen zentralen Punkt bilden hier jedoch auch die modernen bildgebenden Messverfahren wie die Particle-Image-Velocimetry (PIV), die drucksensitiven Farben (PSP) oder die Infrarot-Thermografie. Diese flächigen Messmethoden werden im Einzelnen erläutert und an typischen Anwendungsbeispielen veranschaulicht. Darüber hinaus werden auch speziellere Probleme der Grenzschichtmesstechnik einschließlich der Anwendung von MEMS-Sensoren diskutiert. Einen gebührenden Raum nehmen die Methoden der Strömungsvisualisierung sowie das Kapitel Versuchsanlagen ein. Die abschließend dargestellten Methoden der Signalverarbeitung und -auswertung helfen, auch bei komplexeren Fragestellungen mit Hilfe der Signalanalyse die relevanten Strömungsphänomene aus den Messsignalen zu extrahieren.



Herr Professor Nitsche absolvierte ein Studium der Luft- und Raumfahrttechnik
in Stuttgart und Berlin (1969-1974)
-Promotion an der TU Berlin auf dem Gebiet
der Strömungsmeßtechnik  (1979)
-seit 1993: Universitätsprofessor für Aerodynamik am Institut für Luft- und   Raumfahrt der TU Berlin
 Arbeitsschwerpunkte: Experimentelle Aerodynamik, Sensorik und Meßtechnik,  Strömungskontrolle

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Kapitelübersicht
  1. Vorwort, Inhaltsverzeichnis und Bezeichnungen
  2. Einführung
  3. Druckmessung
  4. Geschwindigkeitsmessung
  5. Wandreibungsmessung
  6. Temperaturmessung
  7. Strömungssichtbarmachung
  8. Spezielle Probleme der Grenzschichtmesstechnik
  9. Signalanalyse
  10. Versuchsanlagen
  11. Anhang
  12. Index
Leseprobe
4. Wandreibungsmessung (S. 79-80)

Die experimentelle Ermittlung örtlicher oder auch integraler Reibungskräfte, die ein Fluid infolge seiner Viskosität auf einen Strömungskörper ausübt, ist in der Strömungstechnik im wesentlichen aus zweierlei Gründen von Bedeutung: Zum einen geben die gemessenen Reibungskräfte Aufschluss über die viskositätsbedingten Widerstandsanteile eines Strömungskörpers, wie bereits einleitend in Bild 1.1 gezeigt wurde. Da diese Reibungswiderstände ebenso wie die Druckwiderstände bei jedem technischen Strömungsprozess durch die Antriebsleistung aufgebracht werden müssen, spielen Reibungswiderstände bei der Optimierung von Strömungsprozessen oder auch der Auslegung von umströmten Körpern, z.B. von Flugzeugen, eine ganz wesentliche Rolle. Diese große Bedeutung kann besonders eindrucksvoll an der Gesamtwiderstandsbilanz eines Verkehrs.ugzeugs veranschaulicht werden, Bild 4.1. Aus dieser Bilanz geht hervor, dass die von der umströmenden Luft auf die Flugzeughaut insgesamt ausgeübte Reibungskraft im Reise.ug nahezu 50% des Gesamtwiderstandes ausmacht, dementsprechend die halbe Antriebsleistung aufzehrt und damit letztlich auch den halben Kraftsto.verbrauch verursacht. Gemessene Verteilungen der Reibungskräfte auf einem Tragflügel, wie in Bild 1.2 für einen Windkanalversuch gezeigt wurde, spielen daher eine große Rolle bei der Auslegung moderner Tragflügelprofile.

Neben diesen Widerstandsbetrachtungen spielt die lokale Wandreibung insbesondere auch eine Rolle bei der Beschreibung wandnaher Grenzschichtströmungen, z.B. in Form von Grenzschichtähnlichkeitsgesetzen, Bild 1.5, deren Formulierungen auf Parametern basieren, die auch von der lokalen Wandschubspannung bzw. der Schubspannungsgeschwindigkeit abhängen (siehe nachstehende "Definitionen"). Die Bedeutung der örtlichen Wandreibung für wandnahe Strömungsbereiche spiegelt sich u.a. auch in der Formulierung von Kalibrationsparametern wider, z.B. bei der in Bild 2.9 gezeigten Fehlerbetrachtung für statische Druckmessbohrungen in Abhängigkeit von einer charakteristischen Reynolds-Zahl, in diesem Fall gebildet mit der wandreibungsproportionalen Schubspannungsgeschwindigkeit uô .
Inhaltsverzeichnis
Vorwort zur zweiten Auflage7
Vorwort zur ersten Auflage9
Inhaltsverzeichnis10
Bezeichnungen13
1. Einführung16
2. Druckmessung22
2.1 Bezeichnungen und Definitionen23
2.2 Messung des Wanddruckes27
2.3 Druckmesssonden30
2.3.1 Gesamtdrucksonden30
2.3.2 Sonden für den statischen Druck34
2.3.3 Differenzdrucksonden36
2.4 Druckmessgeäte und - aufnehmer37
2.4.1 Flüssigkeitsmanometer38
2.4.2 Elektromechanische Druckaufnehmer39
2.5 Drucksensitive Farben43
2.6 Messung von Wanddruckschwankungen47
2.6.1 Wandmikrofone47
2.6.2 Polymer-Sensor-Folien (Piezo-Folien)50
Weiterführende Literatur55
3. Geschwindigkeitsmessung56
3.1 Bezeichnungen und Definitionen58
3.2 Geschwindigkeitsmessung mit Drucksonden60
3.3 Thermoelektrische Geschwindigkeitsmessverfahren63
3.3.1 Hitzdrahtanemometrie64
3.3.2 Pulsdrahtanemometrie71
3.4 Optische Geschwindigkeitsmessverfahren74
3.4.1 Laser-Doppler-Anemometrie74
3.4.2 Laser-2 Fokus-Anemometrie81
3.4.3 Particle-Image-Velocimetry83
3.4.4 Laser-Speckle-Anemometrie90
3.4.5 Teilchenfolgevermögen92
Weiterführende Literatur92
4. Wandreibungsmessung94
4.1 Bezeichnungen und Definitionen95
4.2 Mechanische Verfahren (Wandschubspannungswaagen)99
4.3 Thermoelektrische Wandreibungsmessverfahren102
4.3.1 Oberflächenheißfilmtechnik102
4.3.2 Oberflachenhitzdraht107
4.3.3 Wandpulsdraht- und Wandhitzdrahttechnik109
4.3.4 Mikrotechnologie, Mikrosensorik113
4.3.5 Vergleich der thermoelektrischen Verfahren116
4.4 Wandreibungsmessung mit Drucksonden118
4.4.1 Preston-Rohr-Verfahren118
4.4.2 Oberflächenzaun, Stantonsonde und Oberflächendraht126
Vergleichende Betrachtungen131
4.5 Optische Wandreibungsmessverfahren132
4.5.1 Ölfilm-Laserinterferometrie133
4.5.2 Wandgradienten-LDA136
Weiterführende Literatur138
5. Temperaturmessung139
5.1 Bezeichnungen und Definitionen140
5.2 Thermoelektrische Temperaturmessverfahren144
5.2.1 Thermoelemente144
5.2.2 Widerstandsthermometer149
5.3 Messung von Oberflächentemperaturen153
5.3.1 Infrarot-Thermogräte157
5.3.2 Flüssigkristalltechnik165
Weiterführende Literatur168
6. Strömungssichtbarmachung169
6.1 Oberflächenvisualisierung170
6.1.1 Woll- oder Textilfäden170
6.1.2 Anstrichverfahren171
6.2 Visualisierung durch Partikelzugabe173
6.2.1 Laserlichtschnittverfahren174
6.2.2 Farbfadenmethode176
6.2.3 Elektrochemische Visualisierungsverfahren178
6.3 Optische Verfahren182
6.3.1 Schlieren-/ Schattenverfahren182
6.3.2 Interferometrie186
Weiterführende Literatur191
7. Spezielle Probleme der Grenzschichtmesstechnik192
7.1 Wandinterferenzen bei Geschwindigkeits- und Druckmessung192
7.2 Messtechnische Probleme bei196
7.2 Messtechnische Probleme bei Grenzschichtablösung196
7.2.1 Geschwindigkeitsmessungen in Strömungen mit Ablösung197
7.2.2 Wandschubspannungsmessungen in Strömungen mit199
7.2.2 Wandschubspannungsmessungen in Strömungen mit Ablösung199
Weiterführende Literatur203
8. Signalanalyse204
8.1 Messwertaufnahme204
8.2 Analyse von Messwerten205
8.2.1 Statistische Methoden205
8.2.2 Fourier-Analyse208
8.2.3 Simultan-Signalanalyse210
8.2.4 Filter213
8.3 Visualisierung von Strömungsdaten215
Weiterführende Literatur217
9. Versuchsanlagen218
9.1 Allgemeine Windkanalkonzepte218
9.2 Niedergeschwindigkeits- und220
9.2 Niedergeschwindigkeits- und Unterschallkanäle220
Strömungskanäle für Flüssigkeiten221
9.3 Transsonik- und Überschallkanäle223
9.4 Hochdruck und Kryokanäle225
Weiterführende Literatur228
Anhang230
Index234

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