Kombinierte PIV/PLIF

Name: Kombinierte Particle Image Velocimetry und Planare Laserinduzierte Fluoreszenz

Typ: Laserdiagnostik

Beschreibung:
Dieser Prüfstand ermöglicht die simultane Messung der Skalar- und Geschwindigkeitsfelder zur quantitativen Bestimmung von Strömungsbewegungen sowie die Erfassung skalarer Größen zur Lokalisierung spezifischer Reaktionsprodukte. Durch die parallele Messung beider Größen kann die Interaktion des Strömungsverhaltens und der ablaufenden Reaktionsprozesse analysiert werden. Auf diese Art und Weise wird ein umfassender Einblick in die wechselseitige Dynamik hydrodynamischer und chemischer Prozesseinflüsse gewonnen. Der Aufbau des simultanen Prüfstands ist in der nachfolgenden Abbildung dargestellt.

Die Particle Image Velocimetry (PIV) erlaubt die Messung von Geschwindigkeitsfeldern zur Bestimmung und Quantifizierung von Geschwindigkeitsgradienten und Wirbelstrukturen. Dazu werden der Strömung feinste Partikel oder Tropfen beigesetzt, an welchen Licht zweier kurz aufeinander folgender Laserimpulse gestreut wird. Durch die mehrfache Belichtung der Strömung ist es möglich die Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit durch Korrelation der zeitversetzten Aufnahmen zu ermitteln. Man erhält somit ein zeitlich gemitteltes Geschwindigkeitsfeld des betrachteten Strömungsquerschnitts. Die erfassten Geschwindigkeitsvektoren ermöglichen detaillierte Einblicke in die Fluidbewegung technischer Strömungsapparaturen, Mischungs- und Reaktionsprozesse.

Die Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF) ermöglicht die Lokalisierung einzelner Reaktions-/zwischen- oder Endprodukte im Strömungsfeld. Abhängig von der eingesetzten Wellenlänge ist es möglich verschiedene Moleküle oder Radikale der Reaktion zu betrachten und somit ein umfassendes Bild der stattfindenden Prozesse zu erhalten. Hierbei können spezifische Moleküle oder Radikale in Verbrennungsprozessen lokalisiert und Rückschlüsse auf Flammenstrukturen geschlossen werden. Speziell in hochturbulenten Strömungsprozessen ermöglicht dies lokale Informationen über vorliegende Spezies und deren Konzentration, um beispielsweise eine Zuordnung von Reaktionsabläufen im dreidimensionalen Strömungsfeld durchzuführen. 

Charakteristiken:

  • Diodengepulster Nd:YAG-Laser mit zwei Kavitäten (SpitLight Compact DPPS, Innolas)
    100 Hz, 40-50 mJ (@ 532 nm)
  • Blitzlampengepumpter Nd:YAG-Laser (Spitlight 1000.2, Innolas)
    10 Hz, 1000 mJ (@ 1064 nm), 670 mJ (@ 532 nm), 460 mJ (@ 355 nm), 130 mJ (@ 266 nm)
  • Abstimmbarer Farbstofflaser (Cobra-Stretch & SHG, Sirah Lasertechnik)
    10 Hz, 14.6 mJ (@ 353 nm), 39 mJ (@ 308 nm), 39 mJ (@ 283 nm)
  • Bildverstärker (IRO X, LaVision) - 2 kHz, QE 16 % (@ 400 nm)
  • sCMOS-Kamera (Imager sCMOS, LaVision)
    50 fps (full frame), 2560 x 2160 px, 6.5 um, QE 53 % (@ 532 nm)
  • sCMOS-Kamera (Kinetix, Teledyne)
    86 fps (full frame), 3200 x 3200 px, 6.5 um, QE 95 % (@ 610 nm)
  • CMOS-Kamera (Imager M-lite 2M, LaVision)
    100 fps (full frame), 1936 x 1216 px, 5.86 um, QE 72 % (@ 500 nm)
     

Wissenschaftliche Arbeiten (Auswahl):

Verantwortlich:Adrian Breicher