Untersuchung von Raumluftstrukturen bei gemischter Konvektion mithilfe des 3D-PTV-Verfahrens
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Mit den bereitgestellten Fördermitteln konnte nachgewiesen werden, dass das 3D-PTV-Verfahren durch die Verwendung eines hochauflösenden Kamerasystems für die Untersuchung von Raumluftstrukturen bei gemischter Konvektion geeignet ist. Die Weiterentwicklung des PTV-Systems ermöglicht die Untersuchung von Strömungsstrukturen in einem realen Messvolumen von 9,5 m3 bei der Verwendung heliumgefüllter dichteneutraler Tracerpartikel mit einem Durchmesser von 2 mm. Die Entwicklung eines kompakten Systems aus LED-Lichtquellen trägt maßgeblich zu der erreichten Leistungsfähigkeit des PTV-Systems bei, da dieses die synchronisierte Beleuchtung des Messvolumens mit einer hohen Leistungsdichte und einem vernachlässigbaren Wärmeeintrag ermöglicht. Mit den experimentell untersuchten Konfigurationen konnten die Ergebnisse der Teilprojekte A-1 und B-1 bei den Randbedingungen Reb = 1,03 · 10^03 und Ar = 0,49 (Konfiguration 1) bestätigt werden. Zusätzlich zur Identifikation der zwei gegenläufigen Strömungswalzen oberhalb der Wärmequellen konnte nachgewiesen werden, dass in Richtung der z-Koordinate eine untergeordnete Strömung existiert. Bei der Untersuchungen einer weiteren Konfiguration mit einer erhöhten mittleren Raumtemperatur ϑm mit den Kennzahlen Ar = 0,82 und Reb = 9,50 · 10^02 (Konfiguration 2) konnten Strukturen identifiziert werden, die aus der numerischen Berechnung (LES) des eigentlichen Referenzfalles (Konfiguration 1) aus dem Teilprojekt A-4 hervorgegangen sind. Konfiguration 2 zeigt ein ähnliches Verhalten in der Entstehung von Auftriebsbereichen oberhalb der Wärmequellen des Modellraumes. Insbesondere zwei Plumes, die in der Region z/L = 0,25 entstehen, bestätigen die mithilfe der LES berechnete Strömungsstruktur. In welchem Parameterbereich die Änderung der Struktur stattfindet, konnte im Rahmen der Bearbeitungszeit nicht geklärt werden. Untersuchungen mit einer gesteigerten Zuluftgeschwindigkeit von v In = 1,5 m/s bei einer mittleren Raumtemperatur von ϑm = 22,1 ◦ C (Konfiguration 3: Ar = 0, 11, Reb = 1, 93 ∗ 10^03 ) zeigten eine durch die erzwungene Konvektion bestimmte Strömungsstruktur mit zwei gegenläufigen Strömungswalzen. In den experimentellen Daten konnte für diese Randbedingungen keine untergeordnete Struktur identifiziert werden. Die experimentellen Ergebnisse bestätigen die Anwendbarkeit der 3D-PTV für großskalige Strömungsexperimente und ermöglichen somit eine räumliche und zeitliche Untersuchung von Strömungsfeldern sowie die Validierung Simulationsergebnissen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Möglichkeiten zur Untersuchung von Raumluftstrukturen mittels 3D-PTV. Hermann-Rietschel-Colloquium, Hirschegg, 2012
Steinhoff, P
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Redesign of a 3D PTV system with ANDORS’s Neo sC-MOS. Application Note, 2013
Steinhoff, P Schmidt, M.; Müller, D.
