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3D-Bildgebung mittels kamerabasierter Hochgeschwindigkeitsvelozimetrie und -interferometrie unter Nutzung tomografischer Rekonstruktion mit neuronalen Netzen

Energieerzeugung und Mobilität leisten signifikante Beiträge zum anthropogenen Klimawandel, aufgrund der nach wie vor notwendigen Nutzung von Verbrennungsprozessen. Daher ist eine weitere Optimierung der Verbrennungsprozesse hinsichtlich der Reduktion des Ressourcenverbrauchs sowie umweltschädlicher Lärm- und Schadstoffemissionen erforderlich. Eine Voraussetzung dieser Optimierung ist ein grundlegendes Verständnis der auftretenden transienten und reaktiven Fluidströmungen. Die dafür notwendige simultane, bildgebende Detektion mehrere Strömungsgrößen ist herausfordernd, aufgrund der notwendigen hohen Mess- und Datenraten sowie der Forderung einer nichtinvasiven Messung auch in reaktiven Fluiden. Daher erfolgt in dieser Arbeit die Kombination verschiedener Messverfahren mit der heute zur Verfügung stehenden Hochgeschwindigkeitskamera- und Datenverarbeitungstechnik sowie die Charakterisierung dieser Verfahren hinsichtlich ihrer Anwendung bei der Analyse transienter Fluidströmungen. Dafür werden zum einen die Doppler-Global-Velozimetrie mit sinusförmiger Laserfrequenzmodulation sowie Doppler-Global-Velozimetrie mit Laserfrequenzumtastung für die Untersuchung stark transienter Strömungsprozesse mit hohen Messraten bis 500 kHz vorgestellt. Zum anderen wird die kamerabasierte Laservibrometrie in Kombination mit tomografischer Rekonstruktion mittels neuronaler Netze als aussichtsreicher neuer Ansatz für die Analyse drallstabilisierter Flammen herausgestellt. Demonstriert wird die Messung transienter Strömungsprozesse sowie die Erfassung von Fluktuationen der Dichte und Wärmefreisetzungsrate in drallstabilisierten Flammen sowie die korrelationsbasierte Analyse der Strömungsgeschwindigkeit ohne Zugabe invasiver Streupartikel in das reaktive Fluid.