Instrumentenpraktikum

Präsentation zum Thema: "Instrumentenpraktikum"—  Präsentation transkript:

1 Instrumentenpraktikum
Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung im Studiengang Umweltingenieurwesen Dr. Klaus Keuler LS Umweltmeteorologie

2 Kapitel 5 Bestimmung der EnergieFlüsse
5.1 Gradientmethode 5.2 Eddy-Korrelationsmethode 5.3 Bodenwärmestrom LS Umweltmeteorologie Dr. Klaus Keuler

3 Monin-Obukhov-Gleichungen
Ausgangsgleichungen Profilfunktionen  sind nur Funktion von z/L z = Höhe L = Monin-Obukhov Länge Funktion von u* und * in Prandtl-Schicht konstant, aber abhängig von Stabilität Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.1 Gradientmethode

4 Vertikale integration
Monin-Obukhov-Gl. lassen sich vertikal integrieren ergibt vertikale Profile der mittleren Größen u, , q Profile hängen nur noch ab von Beispiel: neutrale Schichtung ()  1 Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.1 Gradientmethode

5 Logarithmisches Windprofil
Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.1 Gradientmethode

6 zu bestimmende Parameter
Vertikalprofile Analog folgen für neutrale Schichtung zu bestimmende Parameter Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.1 Gradientmethode

7 Bestimmung der Parameter
Messung der Profile in 2 Höhen z1 und z2 u*, *, q*, z0, 0, q0 sind bestimmt Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.1 Gradientmethode

8 Flüsse H, E und  in der Prandtl-Schicht sind bestimmt
tuRbulente Flüsse Für nicht neutrale Schichtung wird Integration komplizierter, bleibt aber analytisch lösbar siehe VDI Richtlinie 3783 Blatt 8 Mit u*, *, q*, z0, 0, q0 sind die mittleren Profile für u,  und q eindeutig bestimmt Flüsse H, E und  in der Prandtl-Schicht sind bestimmt Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.1 Gradientmethode

9 DiffusionsKoeffizienten
Diffusionskoeffizienten KH, KE, KM sind bestimmt Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.1 Gradientmethode

10 Direkte Flussbestimmung
Turbulenter Fluss ist proportional zum Mittelwert des Produktes der zeitlichen Fluktuationen Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.2 Eddy-Korrelationsmethode

11 Kovarianz der Fluktuationen
Statistische Interpretation des turbulenten Flusses Ist Kovarianz der Abweichungen (Fluktuationen) vom zeitlichen Mittel über ein größeres Zeitintervall (z.B. 10 min) auf dem die mittleren Größen mit Standardgeräten messbar sind deutlich größer als Zeitskala der turbulenten Fluktuationen kleiner als Zeitskala der Veränderung der mittleren Größen Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.2 Eddy-Korrelationsmethode

12 Messung der hochfrequenten Schwankungen
Messmethode Messung der hochfrequenten Schwankungen empfindliche Messung von w und  mit sehr hoher zeitlicher Auflösung (im Hz-Bereich) erfordert „trägheitslose“ Messgeräte Berechnung von Mittelwert und Abweichung auf supra-turbulenter Zeitskala in diskreten Intervallen Berechnung der Kovarianz der Abweichungen direkte Bestimmung des turbulenten Flusses Eddy-Korrelationsmessung mit Ultraschall-Anemometer (USA) Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.2 Eddy-Korrelationsmethode

13 Transportgleichung für Wärme
Wärmeleitung im Boden Bodenwärmestrom Transport der Wärme durch Wärmeleitung Transportgleichung für Wärme Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.3 Bodenwärmestrom

14 Wärmeleitungsgleichung
Falls ρ und  nicht von z abhängen, folgt: Ziel: Bestimmung von B an Erdoberfläche (B0) Dazu wird  durch Messung der zeitlichen und vertikalen Änderung der Temperatur betsimmt Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.3 Bodenwärmestrom

15 Methode zur Bestimmung von 
Wir betrachten 3 Bodenschichten gesucht wird B0 z T0 z0 B0 >0 z1 h1 T1 z1 B1´ h2 T2 z2 z2 B2´ z3 h3 T3 z3 Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.3 Bodenwärmestrom

16 Methode zur Bestimmung von 
B2´ und B1´ in Gl. * einsetzen und nach  auflösen Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.3 Bodenwärmestrom

17 Methode 1 (direkte Flussbestimmung)
Bestimmung von B0 Methode 1 (direkte Flussbestimmung) T0 z0 B0 z1 h1 T1 z1 B1´ h2 T2 z2 z2 B2´ z3 h3 T3 z3 Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.3 Bodenwärmestrom

18 Methode 2 (über Wärmeleitungsgleichung)
Bestimmung von B0 Methode 2 (über Wärmeleitungsgleichung) T0 z0 B0 z1 h1 T1 z1 B1´ h2 T2 z2 z2 B2´ z3 h3 T3 z3 Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung "Instrumentenpraktikum" 5 Bestimmung der Energieflüsse 5.3 Bodenwärmestrom