Planare Tropfengrößenbestimmung in Kraftstoffsprays

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Die Nutzung von flüssigen Brennstoffen in Verbrennungssystemen ist heute weitverbreitet. Flüssige Kraftstoffe stellen relativ sichere Energieträger dar und sind nahezu ideal für mobile Anwendungsfälle, wo einer einfachen Betankungstechnologie und Energiespeicherung eine große Bedeutung zukommt. Um diese Materialien zu verbrennen und die in ihnen gespeicherte chemische Energie freizusetzen, müssen zuvor die Vermischung mit Luft sowie die Verdampfung des Kraftstoffes erfolgen. Vorverdampfung des Kraftstoffes vor einer Vermischung mit Luft kann zu erheblichen Problemen durch Verkokung der Komponenten führen. Eine Vermischung erst in der Gasphase erfordert zudem hohe Turbulenzgrade oder sehr lange Verweilzeiten. Darum haben sich moderne Flüssigeinspritztechnologien etabliert, die den flüssigen Kraftstoff zunächst in sehr feine Tropfen zerstäuben. Diese Tropfen haben eine höhere Trägheit als die Gasphase und tragen somit wesentlich zur Kraftstoff-Luft-Vermischung bei. Zudem vergrößert sich durch das Zerstäuben das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen der Flüssigkeit, wodurch eine schnelle und definierte Verdampfung unterstützt wird. Die während des Zerstäubungsprozesses erzielte Tropfengrößenverteilung stellt dabei ein aussagekräftiges Kriterium zur Beurteilung und Charakterisierung des Vorganges dar. Eine messtechnische Erfassung dieser Größe ist deshalb von großer Wichtigkeit. Obwohl bis heute schon eine Vielzahl von Methoden existieren, um die Größe von kleinen Partikeln zu erfassen, gibt es dennoch nur eine begrenzte und teils sehr eingeschränkte Anwendbarkeit dieser Meßmethoden insbesondere für Untersuchungen von Sprays moderner Hochdruckeinspritzsysteme. Die sehr hohe Tropfendichte und das breite Tropfengrößenspektrum sowie Begleitvorgänge wie die Tropfenverdampfung stellen hier sehr hohe Anforderungen an die einzusetzenden Messverfahren. Aus diesem Grunde soll im Rahmen dieses Projektes ein Verfahren zur planaren Erfassung der Tropfengrößenverteilung entwickelt werden, welches auf einer Kombination zwischen der Raman- und der Mie-Streuung beruht. Das Raman-Signal liefert hierbei ein volumenproportionales Signal, während das Mie-Signal mit der Oberfläche skaliert, so dass nach einer Verhältnisbildung sich der mittlere Sauterdurchmesser ergibt. Das Verfahren bietet die Möglichkeit, sowohl Sprays unter nichtverdampfenden wie auch verdampfenden Randbedingungen untersuchen zu können.