Optisches Schlierenverfahren zur Visualisierung von Raumluftströmungen
Das optische Schlierenverfahren ist eine Methode zur Visualisierung und Messung von Raumluftströmungen. Der Messaufbau besteht im Wesentlichen aus einem konkaven und extrem fein geschliffenen Spiegel (Ø=1002 mm, Brennweite: 3001,5 mm, Mikrorauhigkeit: < 2,7 nm RMS, Oberflächenfehler: < λ/9,75 @ 633 nm), einer Lichtquelle (LED), einer Schlierenkante sowie einer Kamera mit sehr guter Auflösung (Canon EOS 5DS R DSLR mit 50,6 MP) und einem Objektiv mit sehr hoher Schärfeleistung (ZEISS Milvus 2/135).
Das Funktionsprinzip basiert auf der Lichtstrahlablenkung infolge von Brechungsindexgradienten. Die Lichtstrahlen der Lichtquelle werden mit Hilfe des Schlierenspiegels gerichtet und fallen durch die Messstrecke. Dichtegradienten in der Strömung führen zu Brechungsindexgradienten, die die Lichtstrahlen ablenken. Auf der anderen Seite der Messstrecke werden die Lichtstrahlen auf einen Punkt fokussiert und fallen dann auf das Objektiv der Kamera. Um die abgelenkten Lichtstrahlen sichtbar zu machen wird eine sogenannte Schlierenkante z.B. von unten in den Fokuspunkt eingebracht, sodass etwa die Hälfte der Lichtstrahlen geblockt werden. Die nach unten abgelenkten Lichtstrahlen können dadurch nicht mehr auf das Objektiv der Kamera fallen, es entstehen dunkle Bereiche. Die nach oben abgelenkten Lichtstrahlen passieren die Schlierenkante und ergeben so auf dem Kameraobjektiv hellere Bereiche. Diese Helligkeitsunterschiede visualisieren die erste Ableitung des Brechungsindex.
Mit der Inbetriebnahme dieses einzigartigen Großschlieren-Systems zur Untersuchung des Raumklimas steht der Professur Bauphysik nun ein innovatives eingriffsfreies Messverfahren zur zeitlich und räumlich hochaufgelösten Bestimmung der Luftbewegung mit einer Abbildungsgenauigkeit von <0,1K zur Verfügung.
Zukünftig können somit neue Materialien, Technologien und Verfahren im Bereich Heizen/Kühlen/Lüften von Gebäuden entwickelt werden und so ein Beitrag in den Spezialisierungsfeldern »Nachhaltige Energie- und Ressourcenverwendung« sowie „Gesundes Leben und Gesundheitswirtschaft“ erbracht werden.
Das vom Freistaat Thüringen unter der Nummer 2015 FGI 0005 geförderte Vorhaben wurde durch Mittel der Europäischen Union im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) kofinanziert.
Das Schlierenverfahren sowie das Background-Oriented-Schlieren-Verfahren wurden im Jahr 2021 mit dem Thüringer Forschungspreis in der Kategorie "Angewandte Forschung" ausgezeichnet.
Ansprechpartner:
Amayu Wakoya Gena M.Arch.
Tel.: +49(0)36 43/58 48 34
