Druckmessgeräte & -Verfahren

Question 1

Was ist Lumineszenz (kaltes Leuchten)?

Answer 1

Lumineszenz ist die optische Strahlung eines physikalischen Systems, die beim Übergang von einem angeregten zum Grundzustand entsteht

Man unterscheidet zwischen:

• Fluoreszenz (Endet sehr schnell nach Bestrahlung, <1 Mikrosekunde)
• Phosphoreszenz (Es kommt zum Nachleuchten (>1 MikroSekunde)

Entscheidend ist hierbei das Jablonski-Diagramm.

Question 2

Beschreiben Sie die “Aufnahme” beim PSP-Verfahren!

Answer 2

• drucksensitive Farbe enthält aktive Teilchen (Luminophoren), die mit UV-Licht angeregt werden
• -> Absorption und Teilchen werden auf den höheren Energielevel S2 gebracht
• Hohes Energielevel nicht stabil, durch Schwingungsrelaxation auf das niedrigste Energieniveau S1 gebracht
• -> Durch Fluoreszens Energie abgegeben und Zurückkehren zum Grundzustand
• Es kann auch durch strahlungslose Übergänge in einen energiereichen Tripletzustand überführt werden
• -> Intersystem Crossing
• -> Durch Phosphoreszenz wird Energie abgegeben und in den Grundstatus zurückgekehrt

Zudem wird Sauerstoff durch Poren in der Farbe an die Luminophoren geleitet und mit erhöhtem Partialdruck des Sauerstoffs wird Oxygen Quenching wahrscheinlicher.

Question 3

Beschreiben Sie die Auswertung beim PSP-Verfahren!

Answer 3

• Quenching bezeichnet Vorgänge, die eine Abnahme in der Fluoreszenz zur Folge haben
• Mit erhöhten Partialdruck des Sauerstoff wird Oxygen Quenching wahrscheinlicher
• -> Dadurch ist die Fluoreszenz eine Funktion des Druckes und der Beleuchtung
• Die PSP-Technik beruht auf der Deaktivierung fotochemischer Moleküle.
• Die zuvor mit Licht angeregten Moleküle emittieren in Anwesenheit von Sauerstoff weniger Licht, was zu unterschiedlichen Helligkeitsgraden führt, die auf der Oberfläche eines Modells mit CCD-Kameras messbar sind.
• Stern-Vollmer-Gleichung beschreibt Intensität der Fluoreszenz:
  Iref/I= A+ B *(P/Pref)
• Zwei verschiedene Auswertungsmethoden:
• Intensitätsmethode
• Lifetime-Methode

Question 4

Was sind die Vor- und Nachteile des PSP?

Answer 4

Vorteile:

• Flächenmethodik
• Berührungslos

Nachteile:

• Aufwändige und teure Oberflächenaufbereitung
• Referenzbild notwendig
• nichtlinear –> Farbkalibrierung
• Einfluss Temperatur
• Einfluss Beleuchtung/Oberflächenwinkel

Question 5

Beschreiben Sie die Gesamtdrucksonde (Pitotrohr)!

Answer 5

• Gemessen wird der Gesamtdruck bei adiabatischer Aufstauung der Störung bis zur Ruhe
• Erfolgt durch Einbringen eines hinten durch ein Druckmessgerät verschlossenes Röhrchen entgegen der Strömungsrichtung
• Im Unterschall gilt immer pPitot=pGes
• Im Überschall bildet sich Stoß vor dem Rohr aus
• -> wegen Entropie-Erzeugung findet Ruhedruckverlust statt

Question 6

Wie wird der statische Druck gemessen?

Answer 6

• Statischer Druck ist der vom Druckmesser wahrgenommene Wert, wenn Geschwindigkeit unbeeinflusst bleibt
• -> Messung durch Wandanbohrungen, bei denen der Druck im Innenraum dem statischen Druck an der Messbohrung entspricht.
• -> Zum Beispiel zur Bestimmung von Druckverteilungen auf Körperoberflächen
• Aspekt der minimalen Strömungsstörung entscheident

Ausführungen

• Wandanbohrung
• Sersche scheibe
• Hakensonde

Question 7

Beschreiben Sie die Staudrucksonde!

Answer 7

• Wird zur gleichzeitigen Messung von statischen Druck und Gesamtdruck verwendet
• -> Kombination aus stat. Drucksonde und Pitotrohr führt zur Staudrucksonde (Prandtl-Staurohr)

Durch Differenzdruckmessung (pges-p) ist der Staudruck 1/2rhou² und damit die Geschwindigkeit messbar

Strömungsgeschwindigkeit:
u= √((2*(p_ges-p_stat ))/ρ)

Question 8

Wie funktionieren Richtungssonden?

Answer 8

• Strömungsgeschwindigkeit ist vektorielle Größe, d.h. vollständige Bestimmung erfordert Messung von Betrag und Richtung

–> Genutzt wird Winkelabhängigkeit der Gesamtdruckmessung

Zwei-Finger-Pitotsonde:

• Misst mit zwei Sonden mit den Winkeln α1 und α2 zur Strömungsachse den Gesamtdruck
• α1=α2 –> p1=p2
• α1 p1>p2

Question 9

Beschreiben Sie das Flüssigkeitsanemometer (Manometer)!

Answer 9

• einfachste Druckmessgeräte, bei denen die Verschiebung einer Flüssigkeitssäule infolge unterschiedlicher Druckbeaufschlagung als Maß für anliegenden Druck dient
• U-Rohr misst Druckdifferenz über die gemessene Höhendifferenz
  p1-p2= rhogh2*(1+ A2/A1)
• Alternativ können Kolbenanemometer oder Federanemometer verwendet werden