For PIV the flow is illuminated by a laser light-sheet. Consecutive laser flashes are used to record single image frames with a digital camera. Correlating small areas in these images (so-called interrogation areas), the displacement of these tracer particles in the light-sheet can be measured. With the known time interval between the laser pulses the flow velocity results.

Bei der PIV wird die Strömung mit einem Laserschnitt beleuchtet. Mit aufeinanderfolgende Laserblitze werden einzelne Bilder mit Hilfe einer digitalen Kamera aufgezeichnet. Mittels Korrelation in kleinen Bereichen (so genannte interrogation areas) wird dann aus diesen Bildern die Verschiebung der Tracerpartikel zwischen zwei Laserblitzen im Lichtschnitt bestimmt, bei bekanntem Zeitabstand zwischen den Laserpulsen ergibt sich daraus die Strömungsgeschwindigkeit.

For LDA two laser beams are focused and single tracer particles scatter their light. The frequencies of the light scattered at the moving tracer particles is slightly different to the incoming light-wave due to the Doppler-effect. From the beating frequency (the Doppler-burst) of these scattered light waves the tracer particle velocity and therefore the flow velocity can be calculated. The system shown measures the velocity perpendicular to the half angle axis between the two laser beams.

Die LDA benutzt zwei fokusierte Laserstrahlen, in denen einzelne Tracerpartikel aufblitzen, die mit der Strömung mitgenommen werden. Die an diesem bewegten Teilchen gestreuten Lichtwellen besitzen durch den Doppler-Effekt leicht unterschiedliche Frequenzen. Aus der Schwebung beider Wellen (dem Doppler-Burst) lässt sich die Geschwindigkeit des Tracerpartikel und somit der Strömung bestimmen. Das gezeigte System misst die Geschwindigkeitskomponente senkrecht auf die Winkelhalbierende der beiden Laserstrahlen.

This work was done at the Institute for Chemical Plant Hardware, Particle Technology and Combustion at TU Graz. Together with an extensive analysis of the central vortex, the particle size distribution was recorded. For this task a variation of LDA was used, namely Phase-Doppler -Anemometry (PDA). Additionally, a visualization via light-sheet was performed.

Diese Arbeit wurde am Institut für Apparatebau, Mechanische Verfahrenstechnik und Feuerungstechnik der TU Graz durchgeführt. Außer einer detaillierten Vermessung des Potentialwirbels mittels Laser-Doppler Anemometrie wurde auch die Teilchengrößenverteilung bestimmt. Hierzu wurde eine Variante der LDA verwendet, die solche Bestimmungen der Teilchengröße gestattet, nämlich die Phasen-Doppler-Anemometrie. Zusätzlich erfolgte eine Visualisierung der Strömung mittels Lichtschnitt.

Behind an airfoil the boundary layer separate, forming a wake. This wake consists of counter-wise rotating vortices shedding at high frequency. The frequency depends on the thickness of the boundary layers and therefore on the boundary state (turbulent or laminar). In our work a VKI 1 turbine blade profile was investigated for different boundary layer states, combining PIV with interferometry. Since no phase information on the shedding vortices was available, the PIV recordings were sorted afterward by the vortex centres and averaged.

Hinter einem Profil kommt zur Grenzschichtablösung, welche die Nachlaufströmung verursacht. Dieser Nachlauf besteht aus gegensinnig drehenden Wirbeln die sich mit hoher Frequenz ablösen. Diese Ablösefrequenz hängt von der Stärke der Grenzschicht und somit vom Zustand der Grenzschicht ab (turbulent oder laminar). In unserer Arbeit wurde ein VKI 1 Profil für verschiedene Grenzschichtzustände untersucht, wobei PIV und Interferometrie gekoppelt wurden. Da keine Phaseninformation zugänglich war, wurden die PIV Aufnahmen nachträglich anhand der Wirbelzentren sortiert und gemittelt.

Bubbles rising in viscoelastic liquids may exhibit a discontinuity of the rise velocity as a critical bubble volume is exceeded. This behaviour can be studied nicely using PIV and fluoresecent tracer particles. The following flow maps were recorded in a cooperation between the Institute for Fluid Mechanics and Heat Transfer, and the Institute for Thermal Turbomachinery and Machine Dynamics, both at TU Graz.

Bläschen die in viskoelastischen Flüssigkeiten aufsteigen können sprunghaft ihre Aufstiegsgeschwindigkeit ändern, falls ein kritisches Volumen überschritten wird. Dieses Verhalten kann gut mit Hilfe der PIV und fluoreszierenden Tracerteilchen untersucht werden. Die folgenden Aufnahmen wurde in einer Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Strömungslehre und Wärmeübertragung und dem Institut für Thermische Turbomaschinen und Maschinendynamik der TU Graz aufgezeichnet.

Whenever the gas flow velocity through a turbine exeeds the speed of sound in some areas of the flow, but is still smaller in others, the flow is called transonic. Due to shocks systems, pronounced vortices and secondary flows this type of flow is difficult to analyse in a machine rotating at high speed. The two following animations present PIV, LDA and computational data in comparison.

Immer wenn die Geschwindigkeit der Gasströmung durch einen Turbine die Schallgeschwindigkeit in einigen Gebieten überschreitet, in anderen aber geringer ist, spricht man von transsonischer Strömung. Aufgrund der Stoßsysteme, ausgeprägter Wirbel und Sekundärströmungen ist diese Art von Strömungen in schnell rotierenden Strömungen schwierig zu analysieren. Die beiden folgenden Animationen zeigen PIV, LDA und numerische Daten im Vergleich.

TEXTBOOKS in English:

M.Raffel, C.M.Willert, S.T.Wereley, J.Kompenhans, Particle Image Velocimetry - A Practical Guide, 2nd edition, Experimental Fluid Mechanics, Series, Springer, Wien Heidelberg New York (2007) ISBN: 978-3-540-72307-3

H.-E. Albrecht, N. Damaschke, M. Borys, C. Tropea, Laser Doppler and Phase Doppler Measurement Techniques, Experimental Fluid Mechanics, Series, Springer, Wien Heidelberg New York (2002) ISBN: 3-540-67838-7