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tm - Technisches Messen

Plattform für Methoden, Systeme und Anwendungen der Messtechnik

[TM - Technical Measurement: A Platform for Methods, Systems, and Applications of Measurement Technology
]

Editor-in-Chief: Puente León, Fernando / Zagar, Bernhard


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ISSN
0171-8096
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Volume 83, Issue 2

Issues

Polynomchaos zur Unsicherheitsquantifizierung in Strömungssimulationen für metrologische Anwendungen

Polynomial chaos for uncertainty quantification in flow simulations for metrological applications

Sonja Schmelter / André Fiebach / Andreas Weissenbrunner
Published Online: 2016-02-09 | DOI: https://doi.org/10.1515/teme-2015-0109

Zusammenfassung

Eine Aufgabe der Metrologie ist die Bestimmung von Messunsicherheiten. Auch unter industriellen, nicht-idealen Bedingungen muss gewährleistet werden, dass Messgeräte innerhalb der vorgeschriebenen Toleranzen arbeiten. Bei der Modellierung können auftretende Störungen als Zufallsvariablen aufgefasst werden. Ihr Einfluss auf die Zielgröße kann mit Hilfe der verallgemeinerten Polynomchaos-Methode bestimmt werden, die zum Einsatz in Systemen mit aufwändigen Computermodellen entwickelt worden ist. Dieser Ansatz ermöglicht es, die erwarteten Abweichungen sowie deren Varianz äußerst effizient zu berechnen. In diesem Beitrag wird diese Methode exemplarisch auf zwei Probleme aus der Strömungsmesstechnik angewandt, in denen turbulente Strömungen mit Hilfe der Reynolds-gemittelten Navier-Stokes-Gleichungen modelliert werden.

Abstract

One goal in metrology is the determination of measurement uncertainties. Also under industrial, non-ideal conditions, one has to ensure that the measurement devices work within the prescribed tolerances. The occuring disturbances can be modeled as random variables. Their influence on the output of interest can be determined by means of the generalized polynomial chaos method, which was developed for the use in computationally expensive systems. This approach allows the efficient calculation of the expected deviations as well as their variance. In this contribution, the method is applied to two problems from flow measurement instrumentation, where turbulent flows are modeled by means of the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations.

Schlagwörter: Polynomchaos; Unsicherheitsquantifizierung; numerische Strömungssimulation

Keywords: Polynomial chaos; uncertainty quantification (UQ); computational fluid dynamics (CFD)

About the article

Sonja Schmelter

Sonja Schmelter ist wissenschaftliche Mitarbeiterin im Fachbereich „Mathematische Modellierung und Datenanalyse“ der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Berlin.

Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Abbestr. 2–12, 10587 Berlin, Germany

André Fiebach

André Fiebach ist wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachbereich „Mathematische Modellierung und Datenanalyse“ der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Berlin.

Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Abbestr. 2–12, 10587 Berlin, Germany

Andreas Weissenbrunner

Andreas Weissenbrunner ist Doktorand im Fachbereich „Wärme und Vakuum“ der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Berlin.

Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Abbestr. 2–12, 10587 Berlin, Germany


Revised: 2015-12-09

Accepted: 2015-12-13

Received: 2015-11-26

Published Online: 2016-02-09

Published in Print: 2016-02-28


Citation Information: tm - Technisches Messen, Volume 83, Issue 2, Pages 71–76, ISSN (Online) 2196-7113, ISSN (Print) 0171-8096, DOI: https://doi.org/10.1515/teme-2015-0109.

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©2016 Walter de Gruyter Berlin/Boston.Get Permission

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