SPP 1147:  Bildgebende Messverfahren für die Strömungsanalyse

Die experimentelle Strömungsanalyse nimmt seit jeher eine Schlüsselstellung in der Strömungsforschung und der industriellen Praxis ein. Ziel eines Experiments ist dabei immer, sich ein "Bild" über das Strömungsfeld zu verschaffen, um darüber strömungsphysikalische Zusammenhänge zu erkennen oder Modellvorstellungen zu überprüfen.
Vergleiche mit den derzeit verstärkt in Forschung und Anwendung eingesetzten numerischen Werkzeugen (Computational Fluid Dynamics) machen deutlich, dass nur sehr wenige experimentelle Verfahren bereitstehen, die bezüglich ihrer Aussagekraft mit den modernen numerischen Methoden Schritt halten können, z.B. in Hinblick auf bildlich-räumliche Analyse oder Dynamik von Strömungsfeldern. Diese Entwicklungslücke will das Schwerpunktprogramm schließen, in dem die Erforschung leistungsfähiger, bildgebender Messmethoden zur Analyse komplexer räumlicher Strömungsfelder im Mittelpunkt steht. Mit dem Programm soll die moderne Strömungsmesstechnik durch Kooperation mit der Informatik und Messphysik als eine anerkannte Schlüsseltechnologie vorangetrieben werden, deren Anwendungen weit über die klassischen Arbeitsbereiche der Strömungsmechanik hinausreichen. Diese neuen experimentellen Werkzeuge können zusammen mit der Numerik auch die bisher stark vernachlässigte Welt der instationären Strömungsmechanik eröffnen helfen, die in der Zukunft unzweifelhaft eine beherrschende Stellung einnehmen wird, z.B. im Bereich der Strömungsmaschinen, der Biofluidmechanik oder bei der Strömungssteuerung und Regelung.
Das Forschungsprogramm gliedert sich in die vier Themenkreise
-- Feldmessverfahren;
-- Oberflächenmessverfahren;
-- Strömungsmesstechnik auf Basis mikro-elektromechanischer Sensoren (MEMS);
-- Messverfahren für komplexe Transportgrößen.
Diese vier Teilbereiche werden durch interdisziplinäre Forschergruppen aus den Bereichen Strömungsmechanik (einschließlich ingenieurwissenschaftlicher Anwender), Messphysik und Informatik (hier Methoden der digitalen Bildverarbeitung und -analyse) bearbeitet. Ergänzt wird das Programm durch ein zunächst hinsichtlich Orts- und Zeitauflösung problemstellendes Prinzipexperiment, für das auch begleitende numerische Simulationen durchgeführt werden. Ferner soll ein Netzwerkverbund gebildet werden, mit dem die Forschungsinitiative durch Technologie-Rundgespräche (organisiert von den Forschungspartnern) und Transferprojekte (organisiert von der Industrie) sinnvoll flankiert werden kann.

DFG-Verfahren Schwerpunktprogramme

• 3-D PTV zur quantativen Bestimmung Lagrange`scher Partikeltrajektorien in Gasströmungen (Antragsteller Grundmann, Roger )
• 3D Scanning PTV mit hochauflösender Rekonstruktion von Lagrange'schen Partikeltrajektorien zur Analyse zyklischer Transportprozesse in abgelösten Strömungen (Antragsteller Brücker, Christoph )
• 3D-Tomographie mit wenigen Projektoren in der experimentellen 3D-Strömungsmessung (Antragsteller Schnörr, Christoph ;  Schröder, Andreas )
• Analyse und Visualisierung von Strukturen in digitalen Strömungsfeldern (Antragsteller Ertl, Thomas )
• Anwendung von Low Dimensional Models in der bildgebenden Strömungsmesstechnik (Antragsteller Tropea, Cameron )
• Bestimmung turbulenter Transportgrößen mittels bildgebender Messverfahren (Themenkreis: Transportgrößen) (Antragsteller Tropea, Cameron )
• Bildgebende Erfassung dynamischer Oberflächenkräfte durch piezoelektrische Copolymer-Beschichtungen (Antragstellerin Peltzer, Inken )
• Bildgebender 2D-3C-Laser-Doppler-Feldsensor zur Untersuchung turbulenter Scherströmungen, Teil II (Antragsteller Czarske, Jürgen W. )
• Die Atomlagen-Thermosäule als Sensor für ein Oberflächenmessenverfahren in der Strömungsmechanik (Antragsteller Knauss, Helmut )
• Dreidimensionale zeitaufgelöste Geschwindigkeits- und Dichtemessungen mikroskopischer Strömungen durch nichtlineare optische, dynamische Filterung (Antragstellerin Denz, Cornelia )
• Einsatz neuartiger Doppler-Global-Velocimeter (DGV) zur Analyse komplexer Strömungen; FM-DGV-Sensorentwicklung und -anwendung (Antragsteller Czarske, Jürgen W. ;  Müller, Harald )
• "Einsatz neuartiger Doppler-Global-Velocimeter (DGV) zur Analyse komplexer Strömungen", Teil 1 "DGV-Sensorentwicklung und -anwendung" (Antragsteller Müller, Harald )
• Entwicklung eines bildgebenden, optischen Messverfahrens für wandnahe Strömungen (Antragsteller Kertzscher, Ulrich )
• Entwicklung und Anwendung eines Messsystems zur Analyse des Geschwindigkeits- und Druckfeldes dreidimensionaler instationärer abgelöster Strömungen (Antragsteller Schröder, Wolfgang )
• Entwicklung und Anwendung von Messsystemen der PIV zur räumlich bzw. zeitlich hochauflösenden Erfassung von Geschwindigkeitsfeldern instationärer Strömungen in Windkanälen (Themenkreis: Feldmessverfahren) (Antragsteller Kompenhans, Jürgen )
• Entwicklung und Erprobung eines bildgebenden Messverfahrens zur simultanen flächigen Bestimmung von Mischungsverhältnis und Geschwindigkeitsfeld bei einphasigen Mischprozessen (Antragsteller Beushausen, Volker )
• Entwicklung und Qualifizierung eines zeitauflösenden 3D Messverfahrens mit einer Kamera (Antragsteller Kähler, Christian Joachim )
• Entwicklung von bildgebenden Messverfahren zur Validierung von LES-Simulationen von Strömungen mit Wärme- und Stoffübertragung (Antragsteller Leipertz, Alfred )
• GASSCREW (Heißgasschraubenmaschine) - Experimentelle Verifikation (Antragsteller Kauder, Knut )
• Globale Variationsansätze zur Vektorfeldberechnung mit physikalischem Vorwissen (Antragsteller Schnörr, Christoph )
• Kombinatives 2D-Messverfahren zur simultanen quantitativen Bestimmung von Strömungsfeld, Mischungsbruch und Temperatur am Beispiel von Mikro-Fluidik-Anwendungen (Antragsteller Beushausen, Volker )
• Koordinatorprojekt im Schwerpunkt "Bildgebende Messverfahren für die Strömungsanalyse" (Antragsteller Nitsche, Wolfgang )
• Leitexperiment: Umströmung eines Zylinderstumpfes (Antragsteller Leder, Alfred )
• MEMS-Drucksensor-Arrays für die orts- und zeitaufgelöste Messung von Wanddruck und Wanddruck-Fluktuationen in turbulenten Strömungen (Antragsteller Obermeier, Ernst )
• Messung von kohärenten Strukturen in groß-skaligen Konvektionsströmungen mittels 3D Particle Tracking Velocimetry (PTV) (Antragsteller Müller, Dirk ;  Resagk, Christian )
• Mikroorganismische Konvektion im Lichte eines bildgebenden Verfahrens mit neurohybrider Auswertung. Störmungsinduzierende ciliare Biomotorik und Ansatz zu ihrer Übertragung in die Technik (Antragsteller Delgado, Antonio )
• Modellbasierte Analyse von (3+1)D-Biokonvektionsvorgängen (Antragsteller Westermann, Rüdiger )
• Numerische Simulation der Umströmung eines Zylinderstumpfes (Antragsteller Thiele, Frank )
• Raumzeitliche Bildanalyse zur Strömungsmessung (Antragsteller Jähne, Bernd )
• Strukturidentifikation, -Extraktion, -Verfolgung und Quantifizierung in digitalen Strömungsfeldern (Themenkreis: Bildanalyse) (Antragsteller Ertl, Thomas ;  Rist, Ulrich )
• Tomo-PTV zur simultanen Bestimmung von 3D-Geschwindigkeitsfeldern und 3D-Partikeltrajektorien in Gas- und Flüssigkeitsströmungen (Antragsteller Maas, Hans-Gerd )
• Verfahren zur zeitaufgelösten Aufnahme der dreidimensionalen Dichteverteilung in instationären Strömungen mit Hilfe von Multi-Video Hintergrund-Schlieren Aufnahmen (Antragsteller Magnor, Marcus )
• Vermessung von Profilablösungen mittels verbesserter Particle Tracking Velocimetry (PTV) durch Verwendung von farbigen Tracerpartikeln und weiterentwickelten Prädiktionsmethoden (Antragsteller Michaelis, Bernd ;  Thévenin, Dominique )
• Visualisierung von Geschwindigkeits- und Konzentrationsfeldern mit Hilfe tomographischer und holographischer Verfahren (Themenkreis: Feldmessverfahren) (Antragstellerin Glasmacher, Birgit )
• Visualisierung von Wandschubspannungsfeldern auf Basis der Infrarot-Thermografie (Antragsteller Reyer, Matthias )
• Weiterentwicklung der experimentellen Hintergrund Schlieren Methode (BOS) zu einem universell einsetzbaren Werkzeug zur quantitativen Vermessung von 3D-Dichtefeldern (Antragsteller Seume, Jörg )
• Weiterentwicklung der experimentellen Hintergrund Schlieren Methode (BOS) zur einem universell einsetzbaren Werkzeug zur quantitativen Vermessung von Dichtefeldern (Antragsteller Kompenhans, Jürgen )

Sprecher Professor Dr.-Ing. Wolfgang Nitsche