Optimierung und Integration von bildbasiertem Schlieren- und Hintergrundschlierenverfahren zur zwei- und dreidimensionalen Analyse von Raumluftströmungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Conrad Völker
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik ; Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 444059583

Der vorliegende Antrag beschäftigt sich mit der Optimierung und Integration des bildbasierten Schlieren- und Hintergrundschlierenverfahrens. Beide Methoden ermöglichen die Visualisierung von Brechungsindexgradienten, verursacht durch Dichtegradienten, in Fluiden. Mit Hilfe dieser nicht-invasiven Verfahren sollen Raumluftströmungen zwei- sowie dreidimensional erfasst, visualisiert und quantifiziert werden. Eine Schwierigkeit dabei sind die bei Raumluftströmungen auftretenden sehr kleinen Dichtegradienten.Ein hinsichtlich Größe und optischer Qualität einzigartiger Schlierenspiegel wird hierzu eingesetzt. Da das Schlierenverfahren mit Hilfe des Spiegels die Dichtegradienten lediglich zweidimensional erfassen kann, soll zusätzlich das Hintergrundschlierenverfahren genutzt werden. In vielversprechenden Vorarbeiten reichte dessen Empfindlichkeit nahe an die des Schlierenverfahrens heran. Mit Hilfe von zwei bzw. fünf Kameras, die das Messfeld des Hintergrundschlierensystems stereoskopisch bzw. tomographisch aufzeichnen, wird es weiterhin möglich sein, die Strömung dreidimensional zu rekonstruieren sowie absolute Werte zu ermitteln.Ein qualitativer oder quantitativer Vergleich der räumlich und zeitlich instationären Prozesse, die vom Schlieren- und Hintergrundschlierenverfahren erfasst werden, ist aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen und des fehlenden Ground-Truth bislang nicht möglich. Im vorliegenden Projekt soll daher die Fusion beider optischer Systeme über ein tomographisches Hintergrundschlierensystem, welches senkrecht zum Schlierenspiegel angeordnet wird, angestrebt werden. Eine solche Integration der Systeme bietet erhebliches Potential zur Validierung und Weiterentwicklung der einzelnen Rekonstruktionsverfahren. Die zeitgleiche Erfassung der Strömungen mit Hilfe beider Verfahren bietet neuartige und umfassende Möglichkeiten, raumklimatische Problemstellungen zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen