Entwicklung Neuronaler Algorithmen zur Extraktion von 3D-Stroemungsfeldern aus Holografischen PIV-Feldern

Diploma Thesis from the year 2000 in the subject Engineering - Artificial Intelligence, grade: 1,0, Technical University of Berlin (Informatik, Neuronale Informationsverarbeitung), language: English, abstract: Inhaltsangabe:Problemstellung:§Die Untersuchung turbulenter Strömungen gewinnt immer mehr an Bedeutung. Aktuelle Einsatzgebiete sind die Aerodynamik, die Untersuchung von Strömungen in hydraulischen Systemen und die Analyse und Behandlung von Strömungen des menschlichen Blutgefäßsystems, einschließlich des Herzens. Probleme, die in solchen Systemen auftreten sind unter anderem:§Kavitation; aufgrund zu hoher Drücke, kann diese zu Materialabtragung oder zum Platzen von Blutgefäßen führen.§Zu hohe Drücke können durch starke Scherströmungen entstehen, z.B. an Schiffsschrauben oder Pumpen oder in Leitungen bei sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten.§Totwassergebiete, die sich in Blutgefäßen in der Nähe von Wirbeln bilden, können zur Trombosenbildung führen.§Die Untersuchung von Strömungen in Flüssigkeiten ist dabei einfacher als die Untersuchung von Gasen, da die Flüssigkeiten im Normalfall nahezu unkomprimierbar sind und so wesentlich Glattheitsbedingungen auf das Strömungsfeld angewendet werden können. Eine verlässliche Strömungsmesstechnik ist einerseits wichtig um Strömungen, für die heutzutage noch keine analytische Beschreibung möglich ist, untersuchen zu können, und andererseits um neugewonnene Theoretische Erkenntnisse mit praktisch ermittelten Messwerten belegen zu können. Die derzeitig zur Verfügung stehenden Messverfahren lassen sich in punktuelle, planare und räumliche Messverfahren unterteilen.§Die bekanntesten punktuellen Verfahren sind die Hot Wire Anemometry (HWA) und die Laser Doppler Anemometry (LDA). Beide Verfahren lassen eine sehr genaue Messung der lokalen Geschwindigkeit zu. Ihr Hauptnachteil liegt in der nicht vorhandenen räumlichen Auflösung der Messung. So ist es mit diesen Verfahren nahezu unmöglich, instationäre Vorgänge zu untersuchen. Die Hot Wire Aneometry hat den weiteren Nachteil, dass durch den in die Strömung einzubringenden Draht, die Strömung selbst beeinflusst werden kann.§Flächige Verfahren, die die gleichzeitige Messung innerhalb einer Ebene des Strömungsfeldes gestatte, beruhen meistens auf dem Verfahren, Aufnahmen von in das Strömungsfeld eingebrachten Partikeln oder Farbstoffen zu machen, die von einem Lichtschnitt beleuchtet werden. Die Farbstoffmethode dient jedoch hauptsächlich der qualitativen Sichtbarmachung von Strömungen, quantitative Aussagen lassen sich nur mit sehr hohem Aufwand realisieren. Bei den auf Partikeln basierenden Verfahren ( Particle Image Velocimetry , PIV) werden zwei oder auch mehr Aufnahmen in kurzen Zeitabständen gemacht. Aus der Verschiebung der Inhalte der beiden Aufnahmen zueinander können dann Rückschlüsse auf das lokale Strömungsfeld gewonnen werden. Für diese Meßverfahren ist es wichtig, dass die Hauptströmungsrichting innerhalb der Ebene des Lichtschnittes liegt. Da sonst keine eindeutige Zuordnung beider Aufnahmen zueinander möglich ist. Wird die Strömungsgeschwindigkeit nicht aus der Verschiebung von Bildbereichen berechnet, sondern aus der Verschiebung der Koordinaten einzelner Partikel, deren Koordinaten zuvor bestimmt werden müssen, so spricht man von Particle Tracking Velocimetry (PTV).§Räumliche Verfahren befinden sich gerade am Beginn der Entwicklung, da die Messtechnik dafür sehr aufwendig ist. Die beiden zur Zeit bekanntesten räumlichen Verfahren nutzen stereoskopische und holographische Bildaufnahmetechniken, um Bilderserien von in das Strömungsfeld eingebrachten Partikeln zu machen. Die Auswertungsverfahren sind dabei sehr stark an die der planaren Verfahren angelehnt.§In dieser Arbeit soll nun ein neues PTV Verfahren, der Particle Matching Algorithm vorgestellt werden, welches auf Methoden aus der...