Die genaue Bestimmung von Wärmestromdichten an überströmten Körperflächen ist für die thermische Auslegung technischer Systeme von großer Bedeutung. Daraus ergeben sich besondere Anforderungen an die Temperaturmesstechnik und an die Berechnungsverfahren zur Bestimmung oberflächennormaler Warmeströme aus gemessenen zeitlichen Temperaturverläufen. Zeitlich hochauflösende flächenhafte Temperaturmessverfahren wie die Infrarotthermografie erlauben dabei neben der Verwendung lokaler Temperaturinformationen auch die Berücksichtigung lateraler Warmestromdichten. In einer kurzen Einführung in bekannte Grundlagen der Thermografie wird in dieser Arbeit zunächst auf die besondere Rolle der geringen optischen Dichte bei für Wärmestromdichtemessungen oft verwendeten gut isolierenden Materialien hingewiesen. Es werden dann unterschiedliche Berechnungsverfahren zur Bestimmung von Wärmestromdichten aus thermografisch gemessenen Oberflächentemperaturen angegeben. Insbesondere werden Verfahren auf Basis der linearisierten Wärmeleitungsgleichung zur Bestimmung von Wärmestromdichten unter Berücksichtigung lateraler Wärmeleitung entwickelt. Des Weiteren werden Korrekturterme für die Berücksichtigung tiefengewichteter Temperaturinformationen bei Infrarotmessungen an teiltransparenten Materialien angegeben und es wird ein aus der Literatur bekanntes Verfahren für die Berücksichtigung nichtlinearer Wärmeleitung bei der Wärmestrombestimmung weiterentwickelt. Anhand von Experimenten im Hyperschallwindkanal werden die verbleibenden Unsicherheiten bei der Wärmestrommessung aufgezeigt und quantifiziert. Schließlich werden lokale aerothermodynamische Effekte an einer generischen Steuerklappe für Wiedereintrittsfahrzeuge mit den entwickelten Verfahren untersucht und diskutiert.

    The accurate knowledge of surface heating rates is of considerable importance for thermal design. This makes high demands on both temperature measurments and methods for calculation of surface normal heat fluxes from transient temperature data. Spatial temperature information with good temporal resolution provided by infrared thermography allows for consideration of lateral heat conduction in calculating the local heat flux. Within abrief introduction to thermography the need for consideration of the low optical density of isolating materials which are often used in thermography is emphasized. Then different methods are developed for heat flux calculation from thermographie data. These allow for consideration of lateral heat conduction as well as correction for temperature information being a weighted average over a certain optical penetration depth in semitransparent materials. Further a method known from literature is extended for use with the nonlinear heat conduction equation. Experiments conducted in a hypersonic wind tunnel allow for identification and quantification of remaining uncertaities in heat flux measurements. The developed methods are used for examinations of the hypersonic flow around a generic model of a control surface.


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    Titel :

    Ortsaufgelöste Bestimmung instationärer Wärmestromdichten in der Aerothermodynamik


    Beteiligte:
    Estorf, Malte (Autor:in)

    Erschienen in:

    Erscheinungsdatum :

    2008


    Format / Umfang :

    108 Seiten, 38 Bilder, 4 Tabellen, 76 Quellen




    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch