Odhad výkonové spektrální hustoty fluktuací rychlosti z dat získaných pomocí fázové Dopplerovské anemometrie

Laser Doppler Anemometry (LDA) and its modifications such as Phase-Doppler Particle Anemometry (P/DPA) is point-wise method for optical non-intrusive measurement of particle velocity with high data rate. Conversion of the LDA velocity data from temporal to frequency domain – calculation of power spectral density (PSD) of velocity fluctuations, is a non trivial task due to non-equidistant data sampling in time. We briefly discuss possibilities for the PSD estimation and specify limitations caused by seeding density and other factors of the flow and LDA setup. Arbitrary results of LDA measurements are compared with corresponding Hot Wire Anemometry (HWA) data in the frequency domain. Slot correlation (SC) method implemented in software program Kern by Nobach (2006) is used for the PSD estimation. Influence of several input parameters on resulting PSDs is described. Optimum setup of the software for our data of particle-laden air flow in realistic human airway model is documented. Typical character of the flow is described using PSD plots of velocity fluctuations with comments on specific properties of the flow. Some recommendations for improvements of future experiments to acquire better PSD results are given.Laserová Dopplerovská anemometrie (LDA) a její modifikace jako např. fázová Dopplerovská anemometrie (P/DPA) jsou bodové metody pro optické neintrusivní měření rychlosti částic s vysokou vzorkovací frekvencí. Konverze LDA dat rychlosti z časové do frekvenční domény – tj. výpočet výkonové spektrální hustoty (PSD) fluktuací rychlosti je netriviální úkol z důvodu neekvidistantního vzorkování v čase. Krátce diskutujeme možnosti odhadu výkonové spektrální hustoty a omezení, která plynou z hustoty vnesených částic a dalších aspektů proudění a nastavení LDA systému. Vzorová data z LDA měření jsou porovnána s odpovídajícími daty z žhavené anemometrie ve frekvenční doméně. Metoda Slot correlation, implementovaná v programu Kern (Nobach, 2006), je použita pro odhad PSD. V článku je popsán vliv několika vstupních parametrů na charakter PSD. Nastavení programu je optimalizováno pro naše data dvoufázového proudění aerosol-vzduch v realistickém modelu lidských plic. Typický charakter proudění je dokumentován pomocí grafů PSD s komentářem specifických vlastností proudění. Na závěr je uvedeno několik doporučení pro zlepšení kvality výsledků PSD při budoucích experimentech