Was ist ein Velocimeter?
Ein Geschwindigkeitsmesser ist ein Gerät zur Messung der Geschwindigkeit von Flüssigkeiten und Gasen. Einige Geschwindigkeitsmesser messen die Bewegungen von Partikeln, die in der Flüssigkeit suspendiert sind, während andere nur das von Lasern reflektierte Licht verwenden. Die Untersuchung der Geschwindigkeit von Flüssigkeiten und Gasen wird als Velocimetry bezeichnet.
Mit einem Geschwindigkeitsmesser können zwei verschiedene Arten der Fluiddynamik gemessen werden. Eine "Lagrange-Spezifikation des Strömungsfeldes" ist, wenn Partikel in die Flüssigkeit fallen und ihre Bewegungen beobachtet werden. Dies ähnelt dem Beobachten eines Stocks, der von der Strömung getragen oder in einem Wirbel gefangen wird. Eine "Euler'sche Spezifikation des Strömungsfeldes" beobachtet einen bestimmten Zeitpunkt in der Strömung über einen bestimmten Zeitraum. Dies ist analog dazu, am Ufer zu sitzen und eine Biegung eines Flusses zu beobachten.
Die Geschwindigkeit von Partikeln wird gemessen, wenn Partikel in das Wasser eingebracht werden. Die Partikel können winzige Tropfen Wasser oder Öl oder Pellets aus Metall und Glas sein. Ein Geschwindigkeitsmesser misst die Geschwindigkeit dieser Partikel, indem er sie an einem Punkt ihrer Bewegung im Strom fotografiert. Dann ist ein weiteres Foto für ein paar Momente später geplant. Die beiden Fotos werden verglichen und die Gesamtgeschwindigkeit der Flüssigkeit bestimmt.
Die "Kamera", mit der die Partikelfotos aufgenommen werden, ist ein Laserstrahl. Zwei Linsen glätten und verbreitern den Strahl, um einen kurzen Blitz zu erzeugen, der dann analysiert wird, um ein zweidimensionales oder 2D-Bild zu erzeugen. Laser werden verwendet, weil die Partikel sich schnell bewegen und mikroskopisch sind. Ein normales Kameraobjektiv kann sich nicht schnell genug öffnen und schließen, um ihre Bewegungen zu erfassen.
Ein anderer Typ von Geschwindigkeitsmessern wird als Doppler-Geschwindigkeitsmesser bezeichnet. Bei dieser Art der Velocimetrie werden die Lichtreflexionen anstelle von Partikeln gemessen. Das Geschwindigkeitsmessgerät richtet beispielsweise einen Laserstrahl auf die Arterien eines Patienten. Die Art und Weise, wie das Licht vom sich bewegenden Blut reflektiert wird, gibt dem Techniker Auskunft darüber, wie gut das Blut zirkuliert. Diese Art der Messung ergibt sich aus dem Doppler-Effekt, bei dem die Lichtgeschwindigkeit durch Messung der Frequenz einer Welle relativ zum Beobachter beurteilt werden kann.
Velocimetry hat viele praktische Anwendungen. Ein Geschwindigkeitsmesser kann den "Drall" von Gasen und Flüssigkeiten in Verbrennungsmotoren, Brennöfen, Sprühtrocknern und chemischen Verarbeitungsanlagen bestimmen. Das Wissen darüber, wie sich die Flüssigkeiten in Maschinen bewegen, hilft Konstrukteuren bei der Planung gegen Abnutzung und bei der Diagnose von Problemen und der Gesamtpraktikabilität des Systems. Da die Laser-Velocimetrie nicht invasiv ist, kann sie auch bei medizinischen Eingriffen eingesetzt werden.