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Modernisierung einer laseroptischen Anlage zur Strömungsanalyse im Verbrennungsmotor durch Einsatz eines neuen Kamerasystems und neuer Software

  • Ziel der Diplomarbeit war die Modernisierung einer laseroptischen Anlage zur Messung der Zylinderinnenströmung durch Einsatz neuer Kameras und neuer Software. Der Prüfstand sollte in Zuge dessen auf den aktuellen Stand der Technik verbessert werden. Zu Beginn wurde der Stand der Technik dargestellt mit den Schwerpunkten Einfluss der Zylinderinnenströmung auf die Verbrennung Laseroptische Strömungsmessverfahren Vorhandene DGV Messtechnik Als Bestandteile der Modernisierung wurden zwei neue Kameras und eine neue Prüfstandssoftware für den Einsatz unter dem Betriebssystem Windows 10 festgelegt. Neben den Anforderungen für die Nutzung der o.g. Messverfahren wurden weitere Ansprüche an den Umbau, insbesondere an die Softwareergonomie, herausgearbeitet, ein Ablaufplan erstellt und in einer Anforderungsliste zusammengefasst. Auf dieser Grundlage wurden mögliche Kameras herausgearbeitet und zu einer Variantenbewertung nach VDI 2225 herangezogen. Dafür wurden Bewertungskriterien bestimmt und ein Punktesystem definiert. Die Vorzugslösung wurde im Folgenden beschrieben. Für die Erprobung wurden Versuchspläne erstellt. Vor Beginn des Umbaus wurden Referenzmessung mit zwei Messobjekten durchgeführt. An den Umbau schloss sich die Inbetriebnahme der Anlage an, bei welcher die Grundfunktionen der Software zur Steuerung Prüfstandes getestet wurden. Anschließend wurde der Einfluss der Bildhelligkeit auf das Messergebnis sowie die Linearität der Kameras untersucht. Daraus konnte der Rauschabstand und damit ein empfohlener Bildhelligkeitsbereich bestimmt werden. Anschließend wurde die Kalibrierung durchgeführt. Dabei wurde die Anlage so angepasst, dass die maximalen Abweichungen der gemessen Strömungsgeschwindigkeiten 0,08 % betragen. Dadurch ist der Prüfstand wieder einsatzfähig. Daran schlossen sich die Vergleichsmessungen mit den zwei Messobjekten an sowie der Vergleich der Ergebnisse. Dabei ergaben sich keine signifikanten Abweichungen, sowohl in den Strömungsbildern als auch in den Kennzahlen. Aus den durchgeführten Wiederholungsmessungen wurden die Messgenauigkeiten der Kennzahlen ermittelt. Die Drallzahl sowie die Tumblezahl sind weiterhin mit einer Toleranz von ±0,05 und die Geschwindigkeiten mit einer Toleranz von ±1 m/s anzugeben. Im Weiteren wurde die minimale Belichtungszeit für die zeitaufgelöste Messung ermittelt. Diese konnte auf 0,1 ms reduziert werden, wodurch maximale Frequenzen der Turbulenz von 5000 Hz gemessen werden können und damit die Untersuchung der turbulenten kinetischen Energie verbessert werden konnte. Dabei stellte sich heraus, dass für die Bestimmung des kompletten Frequenzspektrums die Belichtungszeit weiter reduziert werden muss. Im Ausblick wurde dafür ein Lösungsvorschlag, in Form einer Triggerung des Lasers, erläutert. Darüber hinaus wurde ein Prinzip erarbeitet, welches es ermöglicht die Turbulenzen des kompletten Zylinderdurchmessers direkt zu messen. Dazu konnten zwei mögliche Varianten der Umsetzung erarbeitet werden.

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Metadaten
Author:Felix Wohler
Advisor:Jörn GetzlaffGND, Wolfgang FokenGND
Document Type:Diploma Thesis
Language:German
Name:IAV GmbH
Kauffahrtei 25, 09120 Chemnitz
Date of Publication (online):2018/11/09
Year of first Publication:2018
Publishing Institution:Westsächsische Hochschule Zwickau
Tag:Doppler-Global-Velocimetry; Drallströmung; Tumbleströmung; Turbulenz; Zylinderinnenströmung
Page Number:100 Seiten, 80 Abb., 5 Tab., 20 Lit.
Faculty:Westsächsische Hochschule Zwickau / Maschinenbau und Kraftfahrzeugtechnik (bis 2018)
Release Date:2018/11/13