Experimentelle Strömungsmechanik

Messstrecke des Trisonik-Windkanals mit adaptiven Wänden.

Am Aerodynamischen Institut existieren mehrere Windkanäle für Unter-, Trans- und Überschallströmungen mit Teststrecken von 0.15 x 0.15 m² bis zu 1 x 1 m² und zwei Wasserkanäle, von denen einer einen geschlossenen Wasserkreislaufkanal mit einem Testbereich von 1 x 1.5 m² und eine maximalen Geschwindigkeit von 4 m/s besitzt. Des weiteren ist u.a. ein Prüfstand zur Zertifizierung von Sicherheitsventilen mit einem maximalen Druck von 100 bar vorhanden.

Farbschlieren-Bilder von Überschallströmungen entlang eines Raumtransportsystems im Trisonik-Windkanal.

Die experimentelle Strömungsanalyse basiert auf konventionellen als auch neu entwickelten Messtechniken. Zwei- oder dreidimensionale Dichteverteilungen werden mit Hilfe der Mach-Zehnder Interferometrie oder der holografischen Interferometrie gemessen. Klassische optische Methoden wie Schatten-, Schlieren- und Farbschlieren-Verfahren werden genutzt, um Strömungsphänomene wie z.B. Stoßwellen, Stoß-Grenzschicht-Wechselwirkungen und Ablösungen zu visualisieren. Verschiedene Techniken der Particle-Image Velocimetry (PIV) werden verwendet, um interne und externe Strömungsfelder zu messen. Z.B. werden anhand der holografischen PIV dreidimensionale instationäre Geschwindigkeitsfelder in einem 4-Ventil-Kolbenmotor bestimmt. Das Ziel des Projektes war die Analyse der Entwicklung von Wirbelstrukturen und deren Einfluss auf die Mischung, z.B. mit Blick auf Treibstoffverbrauch und Umweltverschmutzung. 

Es werden klassische Methoden wie Laser-Doppler Anemometrie (LDA) und Hitzdrahtanemometrie zur Messung von Druck- und Geschwindigkeitsverteilungen an bestimmten charakteristischen Punkten eingesetzt als auch Methoden zur Strömungsvisualisierung wie Ölanstrichtechnik und Rauchverfahren benutzt, um Strömungsstrukturen u.a. im Rahmen von Automobil- oder Gebäudeströmungen zu untersuchen.

Geschwindigkeitsfeld der Zylinderinnenströmung eines 4-Ventil-Kolbenmotors während der Einlassphase, aufgenommen mittels holographischer PIV.
Freiflugmessungen mit Hilfe von Multi-Sensor-Heißfilmen.
Stereoskopische Aufnahme von in Wasser aufsteigenden Luftblasen, um die Blasendynamik und Turbulenzproduktion in Mehrphasenströmungen zu untersuchen.

Anhand der Flüssigkristallmethode werden Wärmeübergänge analysiert. Die im Aerodynamischen Institut entwickelten Multi-Sensor-Heißfilme bieten die Möglichkeit, Phänomene wie Separation und Transition unter Labor- und Freiflugbedingungen zu untersuchen. 

Mehrphasenströmungen werden z.B. mittels der stereoskopischen Particle-Image Velocimetry erforscht. Dabei richtet sich das Interesse vornehmlich auf den Massentransport, die Dynamik von Blasenschwärmen und die Turbulenzproduktion. Es werden Hochgeschwindigkeitsaufnahmen benutzt, um statistische Modelle für die Turbulenz in Mehrphasenströmungen zu entwickeln.