Optische und Laser-basierte Diagnostik
Moderne Lasermessverfahren ermöglichen völlig neue Einblicke in die komplexen physikalisch-chemischen Prozesse, die in der Verbrennung ablaufen.
Im Gegensatz zu konventionellen Messsonden erlauben sie als optische Verfahren die Untersuchung von Flammen, ohne dabei das Strömungsfeld im Brennraum und die komplexen chemischen und physikalischen Prozesse zu beeinflussen. Lasermessverfahren arbeiten störungsfrei, mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung und können als Lichtschnittverfahren auch zweidimensionale Verteilungen messen. Die Verfahren werden vorwiegend in Einzelpulstechnik angewandt, d.h. mit jedem einzelnen, extrem kurzen Laserpuls wird eine vollständige Messung durchgeführt, woraus dann Mittelwerte und Statistiken abgeleitet werden können. Dies sind wichtige Voraussetzungen, um die turbulenten Strukturen in den Verbrennungszonen aufzulösen und genaue Informationen über den Ablauf der Verbrennung zu erhalten. Denn quantitative Messdaten stellen die experimentelle Grundlage für die Überprüfung und Weiterentwicklung numerischer Simulationsmodelle dar, die für die verbesserte Bewertung neu konzipierter Verbrennungsverfahren hinsichtlich Schadstoffemissionen und Stabilität des Verbrennungsprozesses heute unverzichtbar sind.
Wir entwickeln folgende Lasermessverfahren stetig weiter, um sie für vielfältige Fragestellungen der Verbrennungsforschung einzusetzen:
Rayleigh-Streuung (Dichte- und Temperaturfelder)
Raman-Streuung (Temperaturen, Spezies-Konzentrationen, Mischung)
Kohärente anti-Stokes Raman-Streuung (CARS, Temperaturen)
Absorptionsspektroskopie (Spezieskonzentrationen und Temperaturen)
Laserinduzierte Fluoreszenz (LIF, Visualisierung von Flammenstrukturen, Lage der Flammenfront, 2D-Temperaturfelder)
Laserinduzierte Inkandeszenz (LII, 2D-Rußverteilungen)
Particle Image Velocimetry (PIV, 2D-Geschwindigkeitsverteilungen)
Laserinduzierte Plasma-Spektroskopie (LIPS, Elementzusammensetzung oder Konzentrationen von Minoritätenspezies)
Phosphorthermometrie (Bestimmung von Oberflächentemperaturen)
Zudem arbeiten wir
mit passiver optischer Diagnostik zur Visualisierung der OH Chemolumineszenz oder spektralen Emission
am simultanen Einsatz verschiedener Messtechniken
mit an die Fragestellung angepassten Puls-Wiederholraten von wenigen Hz bis kHz (Highspeed Imaging)
mit mobile Lasermessanlagen für den flexiblen Einsatz an verschiedenen Einsatzorten
Die Messverfahren kommen nicht nur im Labor zum Einsatz, sondern auch bei anwendungsorientierten, technischen Messobjekten wie Gasturbinen-Brennkammern. Untersuchungen an solchen Messobjekten finden an den Hochdruckprüfständen des Instituts oder vor Ort bei Partnern im Kundenauftrag statt. Dafür stehen die oben genannten mobilen Messanlagen zur Verfügung. Erfolgreiche Messungen wurden durchgeführt an
- Segmenten von Gasturbinenbrennkammern
- Industriellen Gasturbinenbrennern
- Modellbrennkammern für Raketenantriebe
- Industriellen Feuerungsanlagen
- Seriennahen Motoren
- Vergasungsreaktoren