Aktuelles zur Forschung
Optimierung und Integration von bildbasiertem Schlieren- und Hintergrundschlierenverfahren zur zwei- und dreidimensionalen Analyse von Raumluftströmungen
Mit Hilfe der optischen Schlieren- und Hintergrundschlierenverfahren können Raumluftströmungen großflächig visualisiert werden. Im vorliegenden Projekt sollen beide Verfahren optimiert werden, um sie für bauphysikalische Fragestellungen nutzen zu können.
Ein Ziel bauphysikalischer Untersuchungen ist es, die für das menschliche Auge unsichtbaren Raumluftströmungen messtechnisch zu erfassen. Um die Strömungsgeschwindigkeit zu messen, werden jedoch oft Verfahren eingesetzt, die in die zu untersuchende Luftströmung eingreifen, wie bspw. Anemometer oder Particle Image Velocimetry.
Alternativen stellen das Schlieren- und Hintergrundschlierenverfahren (engl: background oriented schlieren, kurz BOS) dar, die als optische, nicht-invasive Methoden Raumluftströmungen flächig erfassen und visualisieren können. Beide Verfahren beruhen auf dem physikalischen Prinzip der Lichtablenkung, die die Lichtstrahlen erfahren, sobald sie in ein Medium mit anderer Dichte eintreten. Um diese Dichtegradienten mit dem Schlierenverfahren zweidimensional zu visualisieren, wird an der Professur Bauphysik ein Schlierenspiegel mit astronomischen Qualitäten eingesetzt, dessen Durchmesser 1 m beträgt. Im Gegensatz zum Schlierenverfahren kann das BOS-Verfahren die Dichteunterschiede mit mehreren Kameras auch 2,5-dimensional bzw. dreidimensional aufzeichnen. Dabei nutzt das BOS zur Visualisierung der Luftströmungen ein unregelmäßiges Hintergrundmuster, das aufgrund der am Dichtegradienten abgelenkten Lichtstrahlen virtuell verzerrt wird. Weiterhin ist hier der Messbereich theoretisch räumlich unbegrenzt. Beide Verfahren nutzen eine hochauflösende Kamera, um die Luftströmungen aufzuzeichnen.
In dem vorliegenden Projekt sollen die Grundlagen beider Systeme weiterführend erarbeitet sowie nach umfassender Parameterstudie optimiert werden, um diese zur hochauflösenden qualitativen Visualisierung sowie zur quantitativen Messung von Raumluftströmungen einsetzen zu können. Es wird dadurch künftig möglich sein, ein tieferes Verständnis von Raumluftströmungen zu gewinnen.
Das Schlierenverfahren sowie das Background-Oriented-Schlieren-Verfahren wurden im Jahr 2021 mit dem Thüringer Forschungspreis in der Kategorie "Angewandte Forschung" ausgezeichnet.
Fördermittelgeber:
DFG
Projektlaufzeit:
09/2020 - 08/2023
Ansprechpartner:
Lia Becher M.Sc.
Tel. +49 3643 584824
Amayu Wakoya Gena M.Sc.
Tel. +49 3643 584834
