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Einleitung
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Zusammenfassung
Inhalt
Einleitung
Strahlungstheorie
Strahlungsphysikalische Grö\3en: Nomenklatur
Strahlung eines schwarzen Körpers
Eigenschaften der Planck'schen Strahlungskurve
Näherungslösungen der Planckkurve
Das Lambertsche Cosinus-Gesetz
Zusammenstellung der Planck'schen Strahlungskurven
Thermischer Kontrast und thermisches Differential
Thermischer Kontrast
Thermisches Differential
Emissivität
Probleme mit der Emissivität
Probleme mit der Reflektivität und der Transmissivität
Emission teilweise transparenter Körper
Energieaustausch durch Strahlung
Parallele Oberflächen
Parallele Oberflächen teilweise transparenter Medien
Optische Eigenschaften der Wasseroberfläche im Infraroten
Komplexer Brechungsindex
Brechung
Absorptionskoeffizient
Reflexion
Zusammenstellung der optischen Eigenschaften von Wasser
Destilliertes Wasser
Verfälschung von Temperaturmessungen durch Reflexionen der Himmelsstrahlung
Korrekturen für die Salinität von Meerwasser
Infrarot Radiometrie
Einfaches Strahlungsthermometer
Entstehung des Kamerabildes
Optische Abbildung
Scharfe Abbildung
Unscharfe Abbildung eines Kalibrierkörpers
Die radiometrische Kette
Emission der Wasseroberfläche
Scannerspiegel
Strahlteiler
Kameraoptik
Bandpa\3-Filter
Einflu\3 von zu kleiner Apertur
Zusammenfassung
Eigenschaften des Detektormaterials
Temperaturauflösungsvermögen der Kamera
Spektrale Empfindlichkeit der Kamera
Die Intensität des Kamerabildes
Oberflächen grauer Strahler
Wasseroberfläche
Temperaturkalibrierung der Kamera
Eigenentwicklung einer Kalibriereinrichtung
Spezielle Anforderungen an eine Kalibriereinrichtung der CFT
Aufbau der Kalibriereinrichtung
Genauigkeit der Temperaturmessung
Geometrische Anordnung der Kalibrierkörper
Berechnung der effektiven Schwarzkörpertemperatur
Allgemeine Bemerkungen
Technische Spezifikationen der Kalibriereinrichtung
Transportvorgänge an der Wasseroberfläche
Transportgleichung
Transportgleichung für Wärme
Modellierung des konvektiven Transports
Modellierung des laminaren Transportterms
Modellierung des turbulenten Transportterms
Filmmodell
Turbulentes Diffusionsmodell
Oberflächenerneuerungsmodell
Berechnung der Quellen und Senken
Absorption von Laserstrahlung
Volumenemission langwelliger Strahlung
Oberflächenflüsse
Vollständige Differentialgleichung des Wärmetransportes
Folgerungen aus der Linearität der Transportgleichung
Transfergeschwindigkeit
Green'sche Funktion
Analyse des Transportvorganges im Fourierraum
Reine Diffusion
Diffusion mit Oberflächenerneuerung
Skalierungsparameter des Gasaustausches
Transfergeschwindigkeit und daraus abgeleitete Grö\3en
Analogie zwischen Gasaustausch, Impuls- und Wärmetransfer
Numerische Simulation der Grenzschicht
Allgemeine Beschreibung
Differentialgleichung der Simulation
Randbedingungen und Anfangsverteilung
Randbedingungen der Simulation
Anfangsverteilung
Diskretisierung und Implementierung
Diskretisierung des Simulationsvolumens
Diskretisierung der Differentialgleichung
Diskretisierung der partiellen Ableitungen
Diskretisierung des diffusiven Transportterms
Diskretisierung des laminaren Konvektionsterms
Diskretisierung des turbulenten Konvektionsterms
Diskretisierung der Laserabsorption
Diskretisierung der Volumenemission
Oberflächenflüsse als Randbedingung
Realisierung der restlichen Randbedingungen
Berechnung des theoretischen Kamerabildes
Ergebnisse der Simulation
Zeitliche Entwicklung der Wärmeverteilung
Abklingkurven
Fit der Abklingkurven
Experimenteller Aufbau
Laboraufbau
Laser
Grö\3e des Laserstrahls
Leistung des Lasers
Kamera
Bildaufbau und Timing
Homogenisierung des Kamerabildes (Zwei-Punkt-Kalibrierung)
Rauschverteilung
Grö\3eneichung
Steuerung der Kamerafunktionen
Ozeaninstrument
Aufbau und Montierung des Instrumentes
Laser
Kamera
x-y Scanner
Kalibriereinrichtung
Strahlteiler
Infrarot Laseroptik
Kühlung und Klimatisierung der Maschine
Steuerung des Instrumentes
Zusammenfassende Beschreibung der Messungen
Windkanalmessungen
Ozeanmessungen
Auswertung der Messungen
Auswertung der Abklingkurven
Statistische Auswertung der Temperaturmuster
Modellierung der Oberflächenerneuerung
Mögliche Wahrscheinlichkeitsverteilungen der Lebensdauer
Mittlere Temperaturdifferenz
Varianz der Temperaturverteilung
Abschätzung der Temperaturdifferenz über die Temperaturvarianz
Häufigkeitsverteilung der Oberflächentemperaturen
Vergleich der statistischen Erneuerungsmodelle
Berechnung der Transfergeschwindigkeit
Abschätzung der Lebensdauer aus der Temperaturverteilung
Abschätzung der Temperaturdifferenz aus der Standardabweichung
Vergleich der beiden Methoden
Zusammenfassung der Ergebnisse
Numerische Simulation
Laser-Abklingkurven
Statistische Analyse der Thermographiebilder
Zusammenstellung der Me\3daten
Resümee und Ausblick
Farbtafeln
Literatur
Tabellarischer Anhang
Optische Eigenschaften von reinem Wasser
Korrekturen für Meerwasser
Driftgeschwindigkeiten
Schubspannungsgeschwindigkeiten
Transfergeschwindigkeiten
Statistische Analyse
Laser-Abklingkurven
Implementierung der Simulation
Heurisko Workspace
Über dieses Dokument ...
Horst Haussecker
Tue Jan 14 19:32:36 MET 1997