LDA Messungen und optische Strahlanalyse an einem Peltondüsenprüfstand

Abstract

Ziel dieser Diplomarbeit ist es, sowohl das Geschwindigkeitsprofil als auch Sekundärströmungen in der Rohrleitung, sowie in weiterer Folge im Freistrahl des Peltondüsenprüfstandes zu messen. Hierfür soll einerseits die Laser-Doppler-Anemometrie(LDA) als auch eine optische Strahlanalyse mittels Kamera zur Anwendung kommen. Diese Diplomarbeit dient als Vorarbeit für ein Forschungsprojekt, um einerseits Messmethoden zu erproben und andererseits eine Vergleichsbasis für Untersuchungen im Rahmen des Projekts zu erhalten. In weiterer Folge sollen die Messergebnisse auch zur Validierung von CFD (Computational Fluid Dynamics) Berechnungen herangezogen werden. Hierfür ist zunächst eine Literaturrecherche, das Einarbeiten in die jeweiligen Messmethoden und das Auseinandersetzen mit den im Labor vorhanden Messsystemen erforderlich. Dazu zählen das Einarbeiten mit der Funktionsweise der verwendeten Geräte, den Betriebsanleitungen, sowie der Instrumentierung. Außerdem sind Funktionstests und ein Testbetrieb erforderlich. Im Rahmen der Messvorbereitung ist die optische Zugänglichkeit für die Messungen zu erarbeiten. Dazu zählt einerseits die Positionierung von Laser und Kamera sowie die Messfenstergeometrie. Weiters sind Sicherheitsaspekte bei der Lasermessung sowie die Verwendung etwaiger benötigter Seedings zu planen. Im Zuge der Messungen soll dann das Geschwindigkeitsprofil und Sekundärströmungen in der Rohrleitung mittels LDA ermittelt werden. Mithilfe der optischen Strahlanalyse können Rückschlüsse auf die Strahlqualität geschlossen werden. Wichtige Aspekte hierbei sind die Einschnürung, die Strahlaufweitung sowie die Strahlablenkung des Freistrahls. Im Anschluss an die Messungen folgt die Auswertung und Aufbereitung der Messdaten, die Erstellung von Geschwindigkeitsprofilen und Diagrammen, und die Interpretation der Ergebnisse.

One goal of this master thesis should be to measure the velocity profile in the pipe and the jet surface of the water jet at a pelton-jet testrig. The fluid flow measurement should be done using Laser-Doppler-Anemometry(LDA). The surface of the jet should be examined by an optical jet analysis using cameras. This thesis serves as preparatory work for a research project in order to test different measurement methods and setups and to obtain a basis for comparison for investigations within the project. Subsequently, the measurement results should also be used to validate CFD(Computational Fluid Dynamics) calculations.First of all, a literature research should be conducted. Furthermore, it is necessary to familiarize with the respective measurement methods and to get to know the measurement systems available in the laboratory. This includes becoming familiar with the used devices, the user manuals, and the instrumentation. Functional tests and pilot operations are also required.As part of the measurement preparation, optical accessibility for the measurements must be developed. This includes the positioning of the laser and camera as well asthe measurement window geometry. In addition, safety aspects of laser measurement and the use of any seedings required should be panned.In the course of the measurements, the velocity profile and secondary flows in the pipeline should be determined using LDA. Optical jet analysis is used to draw conclusions about the jet quality. Important aspects in that scope are constriction,dispersion, and deflection of the jet. The measurements are followed by the evaluation and postprocessing of the measurement data, the creation of speed profiles and diagrams, and the interpretation of the results.