3D PTV für groß-skalige Strukturen in thermischer Konvektion

In der vorliegenden Dissertation wurde ein dreidimensionales Particle-Tracking-Velocimeter zur Messung von Geschwindig- keitsfeldern und Aufnahme von einzelnen Trajektorien in Luft in sehr großen Messvolumina entwickelt und erfolgreich in turbulenter thermischer Konvektion angewendet. Im Fokus dieser Studie stand die Untersuchung der bisher wenig erforschten Strukturbildung in natürlichen Konvektions- strömungen. Das 3D-PTV-System besteht aus vier Kameras, zwei Blitzgeräten und Bildverarbeitungssoftware. Als Tracer-Partikel wurden heliumgefüllte Seifenblasen und heliumgefüllte Latexballons eingesetzt. Die räumliche Auflösung und Genauigkeit des Systems wurden mittels eines Testkörpers mit bekannter Trajektorie geprüft. Der erste Einsatz des PTV-Systems in einer Rayleigh-Benard-Zelle mit einem Durchmesser 7,15 m und einer Höhe 3,58 m lieferte charakteristische Moden der groß-skaligen Zirkulationsströmung außerhalb der Grenzschichten. Aus den aufgenommenen einzelnen Partikel-Trajektorien lassen sich wichtige Daten über die Luftströmung wie Geschwindigkeits- zeitreihen und Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion der Geschwindigkeits- und Beschleunigungfluktuationen gewinnen.