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Surface Velocity Measurements at the Aeolotron by Means of Active Thermography

Gutsche, Marcel

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Abstract

This thesis presents measurements of the water velocity in the first few microns of the viscous boundary layer in the wind-wave facility Aeolotron by means of thermography. An active thermography method was used to create heat patterns, which were visualized by an infrared camera. In contrast to other methods, this approach is a non-invasive method and does not disturb the surface properties. Several algorithms are explored on synthetic sequences as well as on data taken at the Aeolotron to determine reliably surface velocities. In addition, the bulk velocity was measured using acoustic Doppler velocimetry (ADV). The momentum transfer resistance is determined by combining the bulk and the surface velocity at different wind speeds. The results contradict previous measurements based on trace gases, and therefore require further investigation.

Translation of abstract (German)

In dieser Arbeit wurde die Wassergeschwindigkeit in den obersten Mikrometern der viskosen Grenzschicht am Wind-Wellenkanal Aeolotron mit Hilfe von thermographischen Methoden gemessen. Unter Verwendung von aktiver Thermographie wurden Wärmemuster erzeugt, die mit einer Infrarotkamera vermessen wurden. Im Gegensatz zu anderen Messmethoden, ist dieser Ansatz nicht invasiv und beeinflusst damit nicht die Oberflächeneigenschaften. Verschiedene Algorithmen werden auf synthetischen Daten, als auch auf echten Daten von Experimenten am Aeolotron untersucht um verlässliche Geschwindigkeitsschätzungen zu ermitteln. Zusätzlich wurde die Bulkgeschwindigkeit mit Hilfe einer akustischen Strömungsmesssonde (ADV) gemessen. Der Impulstransferwiderstand wird für verschiedene Windgeschwindigkeiten bestimmt, indem man die Bulk-, sowie die Oberflächengeschwindigkeit zusammenführt. Die bei den Experimenten ermittelten Werte stehen im Widerspruch zu vorherigen Messungen, bei denen Gase als Tracer verwendet wurden, was weitere Untersuchungen notwendig macht.

Item Type: Master's thesis
Supervisor: Jähne, Prof. Dr. Bernd
Date of thesis defense: 1 August 2014
Date Deposited: 18 Sep 2014 07:59
Date: 2014
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Environmental Physics
Subjects: 530 Physics
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