Strömungsvisualisierung - Flow visualization
Strömungsvisualisierung oder Strömungsvisualisierung in der Fluiddynamik wird verwendet, um die Strömungsmuster sichtbar zu machen , um qualitative oder quantitative Informationen darüber zu erhalten.
Überblick
Strömungsvisualisierung ist die Kunst, Strömungsmuster sichtbar zu machen. Die meisten Flüssigkeiten (Luft, Wasser usw.) sind transparent , daher sind ihre Strömungsmuster für das bloße Auge unsichtbar, ohne dass dies sichtbar gemacht wird.
Historisch gesehen umfassten solche Methoden experimentelle Methoden. Mit der Entwicklung von Computermodellen und CFD- Simulationen von Strömungsvorgängen (zB die Verteilung klimatisierter Luft in einem Neuwagen) wurden rein rechnerische Verfahren entwickelt.
Visualisierungsmethoden
In der experimentellen Fluiddynamik werden Strömungen mit drei Methoden visualisiert:
- Oberflächenströmungsvisualisierung: Dies zeigt die Strömungsstromlinien in der Grenze als eine feste Oberfläche angefahren wird. Ein Beispiel dafür ist farbiges Öl, das auf die Oberfläche eines Windkanalmodells aufgetragen wird (das Öl reagiert auf die Oberflächenscherspannung und bildet ein Muster).
- Partikel-Tracer-Methoden: Partikel wie Rauch oder Mikrokügelchen können einem Fluss hinzugefügt werden, um die Flüssigkeitsbewegung zu verfolgen. Wir können die Partikel mit einer Laserlichtplatte beleuchten, um einen Ausschnitt eines komplizierten Flüssigkeitsströmungsmusters zu visualisieren. Unter der Annahme, dass die Partikel den Stromlinien der Strömung getreu folgen, können wir die Strömung nicht nur visualisieren, sondern auch ihre Geschwindigkeit mit den Methoden Particle Image Velocimetry oder Particle Tracking Velocimetry messen . Partikel mit Dichten, die der des Fluidstroms entsprechen, zeigen die genaueste Visualisierung.
- Optische Methoden: Einige Strömungen offenbaren ihre Muster durch Änderungen ihres optischen Brechungsindex . Diese werden durch optische Verfahren sichtbar gemacht, die als Shadowgraph , Schlierenfotografie und Interferometrie bekannt sind . Direkter können Farbstoffe (normalerweise flüssigen) Strömen zugesetzt werden, um Konzentrationen zu messen; typischerweise unter Verwendung der Lichtdämpfungs- oder laserinduzierten Fluoreszenztechniken .
In der wissenschaftlichen Visualisierung werden Flüsse mit zwei Hauptmethoden visualisiert:
- Analytische Methoden, die einen bestimmten Fluss analysieren und Eigenschaften wie Stromlinien, Streaklines und Pfadlinien anzeigen . Der Fluss kann entweder in einer endlichen Darstellung oder als glatte Funktion angegeben werden.
- Texturadvektionsmethoden , die Texturen (oder Bilder) entsprechend dem Fluss "biegen". Da das Bild immer endlich ist (der Durchfluss könnte als glatte Funktion angegeben werden), visualisieren diese Verfahren Näherungen des realen Durchflusses.
Anwendung
In der numerischen Strömungsmechanik kann die numerische Lösung der maßgebenden Gleichungen alle Fluideigenschaften in Raum und Zeit liefern. Diese überwältigende Menge an Informationen muss in sinnvoller Form dargestellt werden. Daher ist die Strömungsvisualisierung sowohl in der computergestützten als auch in der experimentellen Fluiddynamik wichtig.
Siehe auch
Verweise
- Merzkirch, W. (1987). Strömungsvisualisierung . New York: Akademische Presse. ISBN 0-12-491351-2.
- Van Dyke, M. (1982). Ein Album mit fließender Bewegung . Stanford, CA: Parabolic Press. ISBN 0-915760-03-7.
- Samimy, M.; Breuer, KS; Leal, LG; Steen, PH (2004). Eine Galerie flüssiger Bewegungen . Cambridge University Press. ISBN 0-521-82773-6.
- Siedler, GS (2001). Schlieren- und Shadowgraph-Techniken: Phänomene in transparenten Medien visualisieren . Berlin: Springer-Verlag. ISBN 3-540-66155-7.
- Smits, AJ; Lim, TT (2000). Strömungsvisualisierung: Techniken und Beispiele . Imperial College-Presse. ISBN 1-86094-193-1.