Laboratorium für
Gebäude- und Umweltaerodynamik

und Forschungsgruppe Strömungsmesstechnik

Leiter:  Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. Bodo Ruck
Institut für Hydromechanik, Karlsruher Institut für Technologie KIT, Kaiserstr. 12, 76128 Karlsruhe, Germany
Tel.:  +49 (0)721 608 43897, Fax:  +49 (0)721 608 43191, ruck@kit.edu

 


Messverfahren
Weitere Informationen in der Vorlesung "Messverfahren in der Strömungsmechanik"
Messgeräte
Für die Vermessung der Strömungsfelder stehen mehrere LDA-Systeme
zur Verfügung. Darüber hinaus existieren für den flexiblen Einsatz an
Versuchsständen mehrere laseroptische Sondensysteme sowie
Laserlichtschnittsysteme inkl. digitaler Bilderfassung und -verarbei-
tung und PTA-Systeme. Für die Ausbreitungsmessung werden ver-
schiedene Tracer- und Konzentrationsmeßverfahren eingesetzt. Hinzu
kommen unterschiedliche Druckmesssysteme für die Belastungsana-
lyse. Windkräfte, Momente und Bauwerksschwingungen können durch
speziell entwickelte Waagen bestimmt werden.
                                    
  Einsatz der  Laser-Doppler-Anemometrie
  (LDA) zur Strömungsanalyse
Optische Strömungsmessverfahren
(->Strömungsmessgrößen)

Laseroptische Strömungsmessverfahren werden vorteilhaft dort eingesetzt, wo durch das Einbringen von Sonden das Strömungsfeld im Windkanalmodell beeinträchtigt oder verfälscht werden könnte. Insbesondere in der Windkanaltechnik, bei der stark verkleinerte Modelle untersucht werden, liefern sondenbehaftete Messverfahren leider häufig falsche Messwerte. Die laseroptische Strömungsmesstechnik hingegen ermöglicht eine berührungslose optische Vermessung des Strömungsfeldes ohne Störung der Strömung und mit höchster räumlicher und zeitlicher Auflösung.

Laser-Doppler-Anemometrie
(->Laser-Doppler-Anemometrie)

Die Laser-Doppler-Anemometrie stellt ein berührungsloses
optisches Messverfahren dar, um Geschwindigkeiten und
Turbulenzgrößen in der Strömung zu messen. Die Messungen
erfolgen punktweise mit einer hohen räumlichen und zeit-
lichen Auflösung.

Weiter Informationen zur Laser-Anemometrie finden sich
unter der Homepage der Deutschen Gesellschaft für Laser-
Anemometrie GALA e.V
http://www.gala-ev.org



               

  
LDA Kohlenhalden.jpg (85029 Byte)
 Zweidimensional messendes LDA-System im Windkanal

Laser-Lichtschnitt-Technik (LLS)

Bei der Laser-Lichtschnitttechnik wird der Lichtstrahl eines
Lasers entweder in einer Ebene stark aufgeweitet oder schnell über einen Winkelbereich gelenkt, so dass eine Lichtebene entsteht. Wird diese Lichtschnittebene in einen Strömungsraum gelegt, so können Strömungstrukturen aufgrund unterschiedlicher Lichtstreuprozesse an mitverfrachteten Kleinstteilchen sichtbar gemacht werden.
.


Prinzipskizze zur Laser-Lichtschnittechnik


pseudo.jpg (27394 Byte) 
Beispiel einer Sichtbarmachung der Umströmung eines Quaders


BMW4.jpg (35360 Byte)

C-Säulenwirbel sichtbar gemacht im Laserlichtschnitt

Laser-Tomographie
(Laser-Tomographie)

Die Laser-Tomographie stellt eine neues laseroptisches
Strömungsmessverfahren dar, das für gebäudeaerodyna-
mische Untersuchungen genutzt werden kann. Hierbei
werden in schneller Folge örtlich versetzte Laserlichtschnitte
über den Strömungsraum gelegt. Mit Hilfe der digitalen
Bildverarbeitung können die einzelnen Schnittbilder am
Computer 3-dimensional zusammengesetzt werden.


Prinzipskizze der monochromen Lasertomographie


Prinzip der farbkodierten Tomograpjhie
 

 

 

 

 

 


Tomographierter Freistrahl bei Querwind


Farbkodierte Tomographie   
                 

Druckmesstechnik

Die Messung von Gebäudeaussen- und innendrücken ist ein klassisches Feld der Gebäudeaerodynamik. Die Winddrücke und Windkräfte auf Fassaden, Tore, Fenster, Schornsteine, Türme, Hallenbauten usw. werden durch eine präzise Sondentechnik gemessen. Hierbei wird das zu untersuchende Modell mit vielen kleinen, in die Oberfläche eingelassenen Druckanbohrungen versehen, über die der lokale Druck entnommen und gemessen wird. Druckmessungen können zeitgemittelt oder zeitaufgelöst, d.h. ohne oder mit Erfassung der natürlichen Schwankungen, durchgeführt werden.

 


Abgehende Druckschläuche unterhalb eines Windkanalmodells
Messtechnik zur Schadstoffausbreitung

Die Ausbreitung von Stoffen kann mit verschiedenen Methoden im Windkanal simuliert werden. Eingesetzt wird u.a. als Tracergas SF6 (Schwefelhexafluorid), das an ausgewählten Punkten im Modell freigesetzt wird. In Abhängigkeit von Einflußparametern (Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Windturbulenz) wird dann an verschiedenen Monitorpunkten die sich einstellende Konzentration gemessen. Bezieht man die gemessenen Konzentrationen auf die Quellkonzentration, so können dimensionslose Konzentrationen im Windkanalmodell und seiner Umgebung angegeben werden. Neuste Software-Programme ermöglichen darüber hinaus ebenfalls Abschätzungen zum Stofftransport vorzunehmen.

 

Messung von Kaltluftflüssen

Die Bildung von Kaltluft zur Belüftung von Innenstädten
ist ein wichtiges Thema des Umweltschutzes. Anhand
von Kaltluftabflussmodellen kann beurteilt werden, ob
eine geplante Baumaßnahme das Herabfließen der
Kaltluft behindert oder diese gar "vernichtet". Alternativ
zur experimentellen Versuchstechnik stehen numerische
Modell zur berechnung zur Verfügung.

 

 

 


Sichtbarmachung von Kaltluftflüssen in einem Tal (experimentelle Modellstudie)
 
Sanderosionstechnik

Einfache, nicht hochauflösende Sichtbarmachungen
der Windverhältnisse an Bauwerken können durch
Sanderosionsversuche vorgenommen werden. Hierbei
wird das Modell und seine nachgebildete Umgebung mit
Sand bestreut, und die Verfrachtung des Sandes bei
Windanströmung registriert. Aus den so entstehenden
Verwehungsmustern kann auf Gebiete hohen oder geringen 
mittleren Strömungstransports (Wirbel) geschlossen werden.

Optiklabor
Für die Entwicklung und (Modell-)Anpassung neuster strömungsmeßtechnischer Geräte und Verfahren steht ein Optiklabor mit diversen Versuchsoptiken, schwingungsgedämpften Tischen und Datenverarbeitungsanlagen zur Verfügung.

Lbor1.jpg (186270 Byte)  Labor2.jpg (179769 Byte) Labor3.jpg (204878 Byte)

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