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- ItemApplication of the background-oriented schlieren technique to visualize indoor airflows(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2024) Benetas, Lia; Hartmann, Maria; Voelker, ConradThis study focuses on further developments and the application of the background-oriented schlieren (BOS) technique to visualize indoor airflows. It is divided into two parts. First, the BOS setup and its specifications are introduced. Since indoor airflows are usually large-scaled and defined by very small density gradients and small velocities, the setup needs to have a high sensitivity, high resolution, and a large field of view. The setup consists of a high resolution (8688 5792 pixels) DSLR camera Canon EOS 5DS R, a background structure of random black pixels (edge length 0.22 mm, density 25 %) on white ground, and two flashlights ELINCHROM BRX 500 (each 500 Ws max.) illuminating the background. For image analysis, the cross-correlation-based program PIVview2C is used. Additionally, the sensitivity and possibilities of the developed setup are presented. Using the settings described, it is possible to visualize temperature gradients of ΔΘ<0.3 K and virtual image shifting of Δy<0.1 pixels. In the second part, the developed BOS setup was used to visualize the spread of breathing air two-dimensionally when playing wind instruments and singing. Here, various brass and woodwind instruments, as well as the human voice, were studied to assess the spreading range of the breathing air when playing different notes, scales, or musical pieces at different pitches, with different dynamics and articulations. Additionally, velocities of the escaping airflows were measured to assess their extent and to validate the BOS evaluations.
- ItemDFG Abschlussbericht : Optimierung und Integration von bildbasiertem Schlieren- und Hintergrundschlierenverfahren zur zwei- und dreidimensionalen Analyse von Raumluftströmungen(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025) Völker, Conrad; Benetas, Lia; Gena, Amayu Wakoya; Alsaad, HayderZur Visualisierung und Messung von Luftströmungen werden herkömmlicherweise invasive Methoden (bspw. Anemometer, Rauch, Particle Image Velocimetry u.a.) genutzt. Jedoch werden durch den Einsatz der Messtechnik die durch geringe Gradienten definierten Raumluftströmungen stark beeinflusst. Alternativen, die die schwachen Strömungen nicht-invasiv visualisieren und in der Nachbearbeitung quantifizieren können, bilden die sogenannten Schlierenverfahren, namentlich das optische Schlierenverfahren mit Schlierenspiegel sowie das Hintergrundschlierenverfahren (engl. Background-Oriented Schlieren, kurz: BOS). Beide Methoden ermöglichen die Visualisierung von Brechungsindexgradienten, verursacht durch Dichtegradienten in Fluiden. Im Rahmen des Projekts „Optimierung und Integration von bildbasiertem Schlieren- und Hintergrundschlierenverfahren zur zwei- und dreidimensionalen Visualisierung von Raumluftströmungen“ wurden beide Methoden an der Professur Bauphysik der Bauhaus-Universität weiterentwickelt und angewendet, um Raumluftströmungen zu untersuchen. Das Forschungsprojekt beleuchtete die Systemanforderungen der Schlierenverfahren, um anhand ausgewählter Parameter die Empfindlichkeit beider Verfahren zu erhöhen. Die Sensitivitäten wurden im Rahmen des Projekts auf bis zu 0,1 K (optisches Schlierenverfahren mit Schlierenspiegel) bzw. 0,3 K (BOS) optimiert. Weiterhin wurden verschiedene Methoden entwickelt und angewendet, um die zunächst qualitativen Schlierenbilder quantitativ auszuwerten. Mithilfe des Schlierenspiegels sowie dem BOS werden die meist dreidimensionalen Dichtegradienten zunächst nur zweidimensional erfasst (Sichtlinienintegration). Jedoch bietet BOS den Vorteil, dass mithilfe mehrerer Kameras das Strömungsfeld auch mehrdimensional erfasst werden kann. Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden daher Aufbauten entwickelt, um Strömungen stereoskopisch (2,5-dimensional mit zwei Kameras) und tomographisch (dreidimensional mit elf Kameras) zu erfassen. Über den Verlauf des Projekts kamen beide Schlierenverfahren zur Visualisierung von verschiedenen, auf natürlicher wie auch erzwungener Konvektion basierenden Raumlufströmungen zum Einsatz.