Untersuchung von Austauschprozessen an der Wasseroberfläche aus Infrarot-Bildsequenzen mittels frequenzmodulierter Wärmeeinstrahlung

Ein für Feldmessungen geeignetes Verfahren zur zeitlich und räumlich hochaufgelösten Messung der Transfergeschwindigkeit des Gasaustausches an einer freien Wasseroberfläche wird vorgestellt. Der Ansatz basiert auf der sogenannten Controlled Flux Technique (CFT) mit Wärme als Tracer für den Gasaustausch. Es wird ein sich periodisch verändernder Wärmefluss verwendet, der mit Hilfe eines 100 W CO2-Lasers auf die Wasseroberfläche aufgebracht wird. Die Temperaturantwort der Wasseroberäche wird mit einer hochempfindlichen Infrarotkamera gemessen. Aus dem Verlauf der Amplitudendämpfung an der Wasseroberfläche kann auf die Transfergeschwindigkeit für Wärme und somit eines beliebigen Gases geschlossen werden. Mittels einer Phasenanalyse der Temperaturantwort an der Wasseroberfläche ermöglicht das vorgestellte Messverfahren darüber hinaus direkte Einsichten bezüglich der den Austauschprozessen zugrundeliegenden Transportmechanismen in der Grenzschicht. Die aus ersten Messungen am Heidelberger Wind-Wellen-Kanal AEOLOTRON bestimmten Amplitudendämpfungsspektren zeigen den von den Modellen vorausgesagten Verlauf. Die hieraus berechneten Transfergeschwindigkeiten für CO2 weisen eine gute Übereinstimmung zu den Ergebnissen anderer Labor- und Feldmessungen auf. Im Gegensatz zu den Amplitudendämpfungsspektren weichen die aus den Messdaten bestimmten Phasenverschiebungen bei hohen Windgeschwindigkeiten signikant von den Modellvorhersagen ab. Dieser erstmals beobachtete Effekt kann als Hinweis auf eine Intermittenz der Austauschprozesse gedeutet werden und lässt vermuten, dass stochastische Prozesse beim Gasaustausch eine größere Rolle spielen als bisher vermutet wurde.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Universität Heidelberg

Year

2006

Author dc:creator

• Popp, Christopher James

Contributors dc:contributor

• Jähne, Bernd

Repository record source_url

http://www.ub.uni-heidelberg.de/archiv/6489

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