Labor für thermografische Messtechnik

Für die Entwicklung neuer und die Optimierung bestehender Rotorblätter für Windenergieanlagen ist die Kenntnis der Grenzschichtströmungszustände am realen Rotorblatt in Betrieb unverzichtbar. Aktuell eingesetzte Messverfahren erfordern jedoch eine zeit- und kostenintensive Präparation der Rotorblätter und beeinflussen die zu messende Strömung. Die thermografische Strömungsvisualisierung ist hingegen ein hochauflösendes nicht-invasives Messverfahren, welches basierend auf der Auswertung der Rotoroberflächentemperaturen die Identifikation und Lokalisierung verschiedener Grenzschichtströmungsbereiche gestattet.

Am BIMAQ werden zur Untersuchung der Grenzschichtströmungsphänomene an Windenergierotorblättern neue Mess- und Auswertemethoden für die thermografische Strömungsvisualisierung untersucht und grundlegend charakterisiert. Für die Grundlagenforschung steht dafür der akustisch optimierte Großwindkanal der Deutschen WindGuard in Bremerhaven zur Verfügung, in welchem laminare Strömungen mit Geschwindigkeiten bis 360 km/h und Reynoldszahlen bis 6 Millionen erzeugt werden können. Darüber hinaus können thermografische Messungen an realen Windenergieanalagen in Betrieb aus Abständen zwischen 60 m und 500 m durchgeführt werden. Die resultierenden Erkenntnisse zur Strömungsoptimierung liefern wichtige Beiträge für den Ausbau erneuerbarer Energien.

Forschungsthemen

  • In-Prozess-Messungen an Windenergieanlagen in Betrieb und in Windkanälen
  • Bildverarbeitung für die
    • Lokalisierung der laminar-turbulenten Transition
    • Visualisierung und Identifikation von Strömungsablösungen
    • Charakterisierung der Kontamination/Erosion des Rotorblatts
    • Identifikation von Strukturdefekten
  • Zusammenhang zwischen Strömung und Makro-/Mikrogeometrie
  • Kombination der thermografischen Strömungs- und Strukturanalyse

Messdienstleistung

  • Industrie-Messkampagnen in Kooperation mit der Deutschen WindGuard Engineering GmbH zur
    • Strömungsvisualisierung im Windkanal und an den Rotorblättern der realen Windenergieanlage
    • Überprüfung der Funktionsfähigkeit von Anti- und De-Icing-Systemen von Windenergierotorblättern in kaltem Klima

Ausstattung

Thermografiekameras

  • Gekühlte InSb-Kamera (InfraTec ImageIR 8300):
    • Detektorformat 640 x 512 Pixel
    • Maximale Bildwiederholfrequenz 100 Hz
    • Thermische Auflösung (NETD) < 0,025 K @ 30 °C
    • Spektrale Empfindlichkeit 2 – 5 µm
    • Verfügbare Brennweiten 12 mm, 25 mm, 100 mm 200 mm
  • Ungekühlte Mikrobolometer-Kamera (InfraTec VarioCam hr head):
    • Detektorformat 640 x 480 Pixel
    • Maximale Bildwiederholfrequenz 50 Hz
    • Thermische Auflösung (NETD) 0,030 K @ 30 °C
    • Spektrale Empfindlichkeit 7,5 – 14 µm
    • Verfügbare Brennweiten 12,5 mm, 30 mm
  • Ungekühlte Mikrobolometer-Kamera (InfraTec PIRuc):
    • Detektorformat 160 x 120 Pixel
    • Maximale Bildwiederholfrequenz 100 Hz
    • Thermische Auflösung (NETD) 0,080 K @ 30 °C
    • Spektrale Empfindlichkeit 7,5 – 13 µm
    • Verfügbare Brennweiten 5 mm, 10 mm, 36
  • Ungekühlte Mikrobolometer-Kamera (InfraTec mobile E9):
    • Detektorformat 384 x 288 Pixel
    • Maximale Bildwiederholfrequenz 60 Hz
    • Thermische Auflösung (NETD) 0,080 K @ 30 °C
    • Spektrale Empfindlichkeit 8 – 14 µm
    • Verfügbare Brennweiten 5 mm, 10 mm, 36

Messobjekte

  • Windkanalmodelle
  • Windenergieanlagen

Literatur

C. Dollinger, M. Sorg, N. Balaresque, A. Fischer: Measurement uncertainty of IR thermographic flow visualization measurements for transition detection on wind turbines in operation. Experimental Thermal and Fluid Science 97:279-289, 2018.

C. Dollinger, N. Balaresque, M. Sorg, A. Fischer: IR thermographic visualization of flow separation in applications with low thermal contrast. Infrared Physics & Technology 88: 254-264, 2018.

C. Dollinger, N. Balaresque, N. Gaudern, M. Sorg, A. Fischer: Calculation of the Power Output Loss based on Thermographic Measurement of the Leading Edge Condition. Journal of Physics: Conference Series 1037: 052011, 2018.

Kontakt

Christoph Dollinger
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Telefon: +49 (0)421 218 646 28