Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4909
Main Title: Adjoint based data assimilation in compressible flows with application to pressure determination from PIV data
Translated Title: Adjungierte basierte Datenassimilation in kompressiblen Strömungen mit Anwendung auf die Druckbestimmung aus PIV-Daten
Author(s): Lemke, Mathias
Advisor(s): Sesterhenn, Jörn
Referee(s): Sesterhenn, Jörn
Giannetti, Flavio
Ehrenfried, Klaus
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: The analysis of complex fluid mechanical phenomena is based on experimental and numerical analysis. Both approaches provide suitable data, but no complete and exactly matching picture of a flow, which is to be examined. Experimental data are usually incomplete, because not every state variable is accessible by measurements and numerical solutions are often affected by initial and boundary conditions which do not match to the real flow conditions. To obtain a complete set of information of a real flow state, both approaches can be combined by means of data assimilation. The focus of the present thesis is the derivation and the implementation of an adjoint based data assimilation framework for compressible flows. Numerical simulations are adapted to experimental data, in order to obtain not measured quantities and other information out of the numerical solution. The derivation of the adjoint equations, their implementation and application as well as several introductory examples are presented. The data assimilation framework is validated and applied to a current problem in the field of fluid mechanics, the pressure determination from velocity data. The thesis concludes with the experimental investigation of a free jet using particle image velocimetry and the application of the data assimilation framework to determine the instantaneous pressure based on the obtained velocity fields.
Die Analyse komplexer strömungsmechanischer Phänomene basiert auf experimentellen und numerischen Untersuchungen. Beide Ansätze liefern nutzbare Ergebnisse, jedoch kein vollständiges, exakt übereinstimmendes Bild einer zu untersuchenden Strömung. Experimentelle Daten sind meist unvollständig, da nicht alle Zustandsgrößen zugänglich sind, während die Ergebnisse von Simulationen von Rand- und Anfangsbedingungen abhängen, die üblicherweise nicht mit den realen Strömungsbedingungen übereinstimmen. Um ein vollständiges Bild eines realen Strömungszustandes zu erhalten, können beide Ansätze in Form einer Datenassimila- tion kombiniert werden. Der Fokus der vorliegenden Arbeit liegt in der Herleitung und der Implementierung eines auf adjungierten Gleichungen basierenden Rahmenprogramms zur Datenassimilation in kompressiblen Strömungen. Numerische Simulationen sollen an experimentelle Daten angepasst werden, um nicht gemessene Größen und weitere Informationen aus dem numerischen Ergebnis zu gewinnen. Die Herleitung der adjungierten Gleichungen, deren Implementierung und Anwendung sowie einige einführende Beispiele werden präsentiert. Das Rahmenprogramm wird validiert und auf ein aktuelles Problem der Strömungsmechanik, der Druckbestimmung aus Geschwindigkeitsdaten, angewandt. Die Arbeit schließt mit der experimentellen Untersuchung eines Freistrahls mittels particle image velocimetry und der Anwendung des Datenassimilationsprogramms zur Bestimmung des Drucks aus den gewonnenen Geschwindigkeitsfeldern.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/5212
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4909
Exam Date: 23-Oct-2015
Issue Date: 2015
Date Available: 17-Dec-2015
DDC Class: DDC::500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik::532 Mechanik der Fluide, Mechanik der Flüssigkeiten
Subject(s): data assimilation
particle image velocimetry
compressible flow
adjoint Navier-Stokes equations
Datenassimilation
kompressible Strömungen
adjungierte Navier-Stokes-Gleichungen
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 5 Verkehrs- und Maschinensysteme » Institut für Strömungsmechanik und Technische Akustik (ISTA) » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
lemke_mathias.pdf8.47 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.