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Mathematische Modellierung und Simulation

Arbeitsgruppe 8.41

Unsicherheitsbestimmung und virtuelle Metrologie

Eine Kernaufgabe der Metrologie ist die Bestimmung von Messunsicherheiten. Nach internationaler Übereinkunft werden Messunsicherheiten entsprechend des „Guide to the expression of uncertainties in measurements" (GUM) und dessen Erweiterungen bestimmt. Hierbei werden für nichtlineare Probleme auftretende Störungen als Zufallsvariablen aufgefasst und ihr Einfluss mit der Monte-Carlo-Methode untersucht. In vielen modernen Anwendungen, insbesondere im Bereich der numerischen Strömungssimulation, ist die Lösung des nichtlinearen Problems so rechenintensiv, dass eine Bestimmung der Messunsicherheiten mittels Monte-Carlo-Methode nicht möglich ist. Unser Ziel ist es, effiziente Methoden zu entwickeln, die die Bestimmung der Messunsicherheiten GUM-konform auch für rechenintensive Anwendungen ermöglichen.

Anwendungen

Entwicklung eines virtuellen Durchflussmessgeräts

Einbauelemente in Rohrleitungen verursachen Strömungseffekte, welche die Messgenauigkeit von Durchflussmessgeräten verschlechtern. Um den Messwert eines Durchflussmessgeräts, welches hinter einem solchen Störkörper eingebaut ist, korrigieren zu können, muss das Strömungsprofil an der Einbaustelle bekannt sein. Zur Vorhersage eines solchen Profils wurde die Strömung hinter verschiedenen Störkörpern (90°-Rohrkrümmer, Raumkrümmer und Doppelkrümmer innerhalb einer Ebene, siehe Abbildung) mit dem Open-Source-Strömungslöser OpenFOAM für verschiedene Krümmungsradien sowie verschiedene Abstände zwischen den Krümmern simuliert. Durch den Vergleich der Resultate mit laser-optischen Messdaten konnte ein Korrekturverfahren entwickelt werden, das die Vorhersagen der Simulation verbessert. Mithilfe geeigneter Interpolationsverfahren können Strömungsprofile in beliebigem Abstand hinter verschiedenen Störkörpern in Echtzeit vorhergesagt werden. Durch die Implementierung des Messprinzips eines Durchflusszählers ist dann eine Fehlervorhersage und damit eine Korrektur des Messwerts von ultraschallbasierten Messgeräten möglich.

Simulationsunsicherheit eines virtuellen Ultraschalldurchflussmessgeräts

Ultrasonic clamp-on meters have become an established technology for non-invasive flow measurements. Under disturbed flow conditions, their measurement values must be adjusted with corresponding fluid mechanical calibration factors. Due to the variety of flow disturbances and installation positions, the experimental determination of these factors often needs to be complemented by computational fluid dynamics (CFD) simulations. From a metrological perspective, substituting experiments with simulation results raises the question of how confidence in a so-called virtual measurement can be ensured. While there are well-established methods to estimate errors in CFD predictions in general, strategies to meet metrological requirements for CFD-based virtual meters have yet to be developed. These topics are addressed in close collaboration with WG 7.53.

Publikationen

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Artikel

Titel: A surrogate model enables a Bayesian approach to the inverse problem of scatterometry
Autor(en): S. Heidenreich, H. Gross, M.-A. Henn, C. Elster and M. Bär
Journal: J. Phys. Conf. Ser.
Jahr: 2014
Band: 490
Ausgabe: 1
Seite(n): 012007
IOP Publishing
DOI: 10.1088/1742-6596/490/1/012007
ISSN: 1742-6596
Web URL: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/490/1/012007
Marker: 8.41,Bayes,Scatter-Inv,Regression,8.42, UQ

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