Entwicklung und Erprobung eines bildgebenden Messverfahrens zur simultanen flächigen Bestimmung von Mischungsverhältnis und Geschwindigkeitsfeld bei einphasigen Mischprozessen

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Mischungsprozesse verschiedenster flüssiger als auch gasförmiger Substanzen spielen in vielen Bereichen von Industrie und Wirtschaft eine herausragende Rolle. Neben dem Einsatz in der chemischen Industrie, wo insbesondere flüssige Fluide in großem Maßstab definiert gemischt werden müssen, ist ein weiterer Schwerpunkt die Energieerzeugung in Verbrennungsmotoren, Turbinen, Kraftwerken und Haushaltsbrennern. Hier ist eine häufig definiert inhomogene Mischung gasförmiger Kohlenwasserstoffe mit Luft notwendig, um zündfähige Gemische zu generieren. Aufgrund der in den letzten Jahren stetig verschärften Umweltgesetzgebung stiegen die Anforderungen an technische Verbrennungssysteme hinsichtlich Schadstoffemission und Kraftstoffverbrauch stark an. Die Komplexität moderner Brennverfahren macht eine rein empirische Optimierung dieser Systeme ohne die genaue zeit- und ortsaufgelöste Kenntnis der Strömungs- und Mischungsvorgänge unmöglich. Heutige bildgebende Messverfahren erlauben zwar eine qualitative flächige Analyse von Konzentrationsverteilungen - der direkte messtechnische Zugang zu einer flächigen und außerdem zeitaufgelösten Erfassung des für eine sichere Zündung und ein schadstofffreies Durchbrennen so wichtigen Mischungsverhältnisses von Kraftstoff und Luft bleibt heutigen Messverfahren jedoch verschlossen. Ziel der Arbeiten des Vorhabens ist daher, erstmalig die Möglichkeit zu schaffen, mit einer einzigen Messung sowohl die räumliche Verteilung des Mischungsverhältnisses, die zeitliche Entwicklung dieser Messgröße als auch das Geschwindigkeitsfeld turbulenter Gasströmungen zu erfassen. Dabei wird eng mit Arbeitsgruppen kooperiert, die einerseits neue Bildanalyseverfahren und komplementäre Messverfahren entwickeln, so dass zum Ende des Vorhabens neue bildgebende Messverfahren zur Verfügung stehen, die tiefere Einblicke in die Dynamik turbulenter Mischungs- und Transportvorgänge in gasförmigen Strömungen erlauben.