Reaktive Fluide

Die mehrlinien-laserinduzierte Fluoreszenzspektroskopie (LIF) ist eine leistungsstarke nicht-invasive optische Diagnosetechnik, die zur Messung der Konzentrationen von Gasphasen-Spezies und der Temperatur in reaktiven Medien eingesetzt wird. Diese Methode ist für das Verständnis von Reaktions- und Transportprozessen in Umgebungen wie Flammen und chemisch reagierenden Strömungen von entscheidender Bedeutung. Unser Team hat LIFSim 4.0 entwickelt, eine modulare Software zur Simulation und Analyse von LIF-Spektren zweiatomiger Moleküle wie NO, SiO, OH und O2, die unter http://lifsim.com/ verfügbar ist.

Bei der LIF werden Moleküle mit einem Laser bei bestimmten Wellenlängen angeregt, wodurch sie fluoreszieren. Durch die Analyse der emittierten Fluoreszenzspektren können wir die Gaskonzentration und -temperatur bestimmen. Die Multi-Line-LIF verbessert diese Technik, indem sie mehrere Anregungswellenlängen verwendet, um die temperaturabhängige Populationsverteilung von Quantenzuständen zu erfassen. Diese Methode ist besonders nützlich für Spezies wie NO, OH, O2 und SiO, die in reaktiven Strömungen vorherrschen und auf die Bildung von Schadstoffen und Reaktionszonen hinweisen.

LIFSim 4.0, ein Open-Source-Tool auf MATLAB-Basis, simuliert Absorptions-, Anregungs- und Emissionsspektren von zweiatomigen Molekülen und berücksichtigt dabei Effekte wie Linienverbreiterung und Quenching auf der Grundlage spektroskopischer Daten. Es unterstützt die Temperatur-Sensitivitätsanalyse zur Ermittlung optimaler Spektralbereiche für Temperaturmessungen und führt eine Multi-Line-Thermometrie durch, bei der die Temperatur aus der Form der LIF-Anregungsspektren abgeleitet wird. Dies minimiert Hintergrundsignalstörungen und verbessert die Messgenauigkeit auch unter schwierigen Bedingungen.

Zu den Anwendungsbereichen der Mehrlinien-LIF-Thermometrie gehört die Messung von Temperaturfeldern in Verbrennungsumgebungen. So wurde beispielsweise NO-LIF in Niederdruck-Vormischflammen eingesetzt, um präzise Temperaturprofile zu erhalten, die für das Verständnis der Flammendynamik und der Schadstoffbildung unerlässlich sind. SiO-LIF wird bei der Nanopartikelsynthese eingesetzt, um durch Analyse der Temperatur und der Reaktionskinetik die Bedingungen für die SiO2-Produktion zu optimieren. Die OH-LIF-Thermometrie wird häufig bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen eingesetzt, um die Temperaturverteilung zu untersuchen und so die Verbrennungseffizienz zu verbessern und Emissionen zu reduzieren.

LIFSim 4.0 bestimmt auch die relativen Molanteile der Zielspezies durch Analyse der LIF-Signale bei verschiedenen Wellenlängen, was für die Untersuchung der Schadstoffbildung und reaktiver Zwischenprodukte von entscheidender Bedeutung ist.

Zusammenfassend bieten Multi-Line-LIF und LIFSim 4.0 einen umfassenden, genauen und effizienten Ansatz zur Charakterisierung reaktiver Strömungen. Diese Tools unterstützen die Spitzenforschung in den Bereichen Verbrennung, Umweltüberwachung und Nanopartikelsynthese und fördern die Zusammenarbeit und Innovation innerhalb der Diagnostik-Community.