AG Mohri Tomographie

Der Arbeitsschwerpunkt unserer jungen Tomographiegruppe ist die Anwendung und Entwicklung tomographischer Verfahren in der Energie- und Prozesstechnik. Unser aktueller In-House-Tomographie-Algorithmus berechnet das instantane 3D-Feld einer Skalar-Menge aus mehreren integralen Messungen, die aus verschiedenen Blickwinkeln um das zu untersuchende Objekt gewonnen werden. Die räumliche Auflösung in den Rekonstruktionen verbessert sich mit einer erhöhten Anzahl von Ansichten. Bei der Anwendung auf Chemilumineszenzmessungen von Flammen kann beispielsweise die Flammengeometrie einschließlich wichtiger Flammenmerkmale wie Ausbreitung und Faltenbildung, Wirbelablösung und Wirbelabbruch sowie Strahlpräzession und Rezirkulation betrachtet werden.

Bis heute wurde die Technik auf die Chemilumineszenzemission von angeregten Spezies als Ganzes oder durch Auswahl spezifischer Spezies wie CH* (die ein Marker für die Reaktionszone sein kann) angewendet, welche durch chemische Reaktionen innerhalb einer Flamme gebildet werden. Verschiedene Arten von Flammen wurden betrachtet, inbegriffen 21 laminare Diffusionsstrahlflammen eines Matrixbrenners, eine turbulente Gegenstrahl-flamme, Bunsenflammen und eine hochturbulente Wirbel-stabilisierte Flamme. Dreidimensionale (3D) Flammenrekonstruktionen können uns helfen, grundlegende Einsichten in die Natur praktischer Flammen zu erhalten, die meist instationär, turbulent und damit inhärent dreidimensional (3D) sind und wo eine genaue Messung der zeitlichen volumetrischen Flammenstruktur erforderlich ist. Mit zunehmender Kenntnis von turbulenten Flammen ist es möglich, bestehende Verbrennungseinrichtungen, wie Brenner, zu verbessern, was beispielsweise bei der Reduktion von schädlichen Emissionen helfen kann.

Eine Herausforderung bei der Anwendung tomographischer Techniken auf Verbrennungsumgebungen ist die begrenzte Anzahl von Ansichten, die praktisch erreichbar sind (zumindest für Flammen in Verbrennungsmotoren oder Gasturbinenbrennern oder für flammenbasierte Nanopartikel-Syntheseprozesse, die für die Sicherheit ummantelt werden müssen). Die algebraische Rekonstruktionstechnik (ART) hat sich mit einer begrenzten Anzahl von Ansichten bewährt und ist die Grundlage unseres aktuellen Tomographie-Algorithmus. Wir führen Experimente im Labor durch, um von der vollen optischen Zugänglichkeit zur Flamme zu profitieren und können systematische Studien in diesen Szenarien durchführen. Basierend auf den Ergebnissen und Schlussfolgerungen unserer umfassenden Laboruntersuchungen können wir praktische Ratschläge zur Optimierung der tomographischen Technik bei Anwendung auf strengere Situationen wie z. B. Flammen in der Industrie anbieten. Unser neuestes Tomographie-Setup besteht aus 24 Kameras und Objektive (6 zusätzliche Kameras sind neu gekauft), die auf einer gemeinsamen Platte montiert sind. Die Anlage kann relativ leicht zu verschiedene Flammen transportiert werden und war bereits in verschiedenen Laboratorien innerhalb des Instituts im Einsatz.

Zuletzt wurde ein instantanes 3D-Chemilumineszenzfeld einer stark turbulenten Wirbel-stabilisierten Flamme rekonstruiert.

 

Computed Tomography of Chemiluminescence (CTC)

   Mohri Flame Reconstruction Arb

 

Evolutionary Reconstruction Technique (ERT)

   Ert Stratified Chemlum Rec

 

Background-Oriented Schlieren Tomography (BOST)

    Bos Bunsen

 

Gastwissenschaftler

Mr. Samuel J. Grauer, University of Waterloo, Canada
Ms. Jin Ying, Nanjing University of Science and Technology (NJUST), China
Mr. Emeric Boigné, Stanford University, USA

 

Kollaborationen

   Universitäten und Forschungseinrichtungen

  1. University of Waterloo, Canada
  2. Nanjing University of Science and Technology (NJUST), China
  3. Hochschule Darmstadt, Germany
  4. Stanford University, USA
  5. TU Darmstadt, Germany

   Industrie

  1. Continental, Germany
  2. Gas und Wärme Institute (GWI), Germany
  3. Siemens, Germany

 

Ehemalige Studenten

  • Mr. Stanislaw Yaroshevskyy, Master thesis (2018): Design of a precision 3D camera mount.
  • Mr. Alexander Kassen, Bachelor thesis (2018): Adapting the tomographic setup to generate frozen flame movies for analysing the dynamics of a turbulent flame.
  • Mr. Andreas Unterberger, Master thesis (2018): 3D Evolutionary reconstruction of scalar fields: Phantom study and application to a stratified flame.
  • Mr. Manuj K. Yadav, Masters thesis (2017): Influence of low pressure exhaust gas recirculation (LP-EGR) on a turbocharger compressor - a numerical analysis
  • Mr. Julien Verbeke, Masters thesis (2017): Computed tomography of a swirl flame’s chemiluminescence field and LES-phantom study on effect of out-of-plane views

 

Journal publications

  1. A. Unterberger, J. Menser, A. Kempf, K. Mohri, Evolutionary Camera Pose Estimation of a Multi-Camera Setup for Computed Tomography, accepted by ICIP 2019 Conference Proceedings
  2. A. Unterberger, A. Kempf, K. Mohri, 3D Evolutionary Reconstruction of Scalar Fields in the Gas-Phase, Energies 12:11 (2019). https://doi.org/10.3390/en12112075
  3. A. Unterberger, M. Röder, A. Giese, A. Al-Halbouni, A. Kempf, K. Mohri, 3D instantaneous reconstruction of turbulent industrial flames using Computed Tomography of Chemiluminescence (CTC). Journal of Combustion special issue on Coal and Biomass Combustion 2018 (2018), doi: https://doi.org/10.1155/2018/5373829
  4. S. J. Grauer, A. Unterberger, A. Rittler, K. J. Daun, A. M. Kempf, K. Mohri, Instantaneous 3d flame imaging by background-orientated schlieren tomography. Combust. Flame 196 (2018) 284-299.
  5. Mohri, K., Görs, S., Schöler, J., Rittler, A., Dreier, T., Schulz, C., Kempf, A. M. (2017), Instantaneous 3D- imaging of highly turbulent flames using Computed Tomography of Chemiluminescence, Applied Optics 56, 7385-7395.
  6. A. Wohler, K. Mohri, C. Schulz and B. Weigand. Mixing processes in a compressible accelerated nozzle flow with blunt-body wakes. AIAA Journal (2014), doi: http://dx.doi.org/10.2514/1.J052493. Link
  7. K. Mohri, M. Luong, G. Vanhove, T. Dreier and C. Schulz. Imaging of the Oxygen distribution in an isothermal turbulent free jet using two-color toluene LIF imaging. Appl. Phys. B (2011) 103: 707-715. PDF Link
  8. K. Mohri and R. Hillier. Computational and experimental study of supersonic flow over axisymmetric cavities. Shock Waves (2011) 21: 175-191. PDF Link

 

Conference contributions

  1. J. Menser, A. Unterberger, L. Cifuentec, A. Kempf, K. Mohri. Quantifying flame tomography reconstructions with the aid of DNS phantom data. Poster at the 37th International Symposium on Combustion, Dublin, Ireland  (Jul.-Aug. 2018).
  2. A. Unterbeger, J. Menser, A. Kempf, K. Mohri. 3D evolutionary reconstruction of scalar fields: phantom study and application to a stratified flame. Poster at the 37th International Symposium on Combustion, Dublin, Ireland  (Jul.-Aug. 2018).
  3. K. Mohri, J. Menser, A. Kempf, J. Trabold, S. Walther, D. Geyer. Instantaneous 3D imaging of the Temperature Controlled Piloted Jet Burner (TCPJB) flames using computed tomography of chemiluminescence (CTC). Poster at the 37th International Symposium on Combustion, Dublin, Ireland  (Jul.-Aug. 2018).
  4. S. J. Grauer, A. Unterberger, T. A. Sipkens, A. M. Kempf, K. J. Daun. K. Mohri. Background-oriented schlieren tomography for instantaneous 3D combustion imaging. Poster at the 37th International Symposium on Combustion, Dublin, Ireland  (Jul.-Aug. 2018).
  5. J. Menser, A. Unterberger, A. Kemp and K. Mohri. Instantaneous 3D imaging of turbulent stratified methane/air flames using computed tomography of chemiluminescence. Oral presentation, 5th International Conference on Experimental Fluid Mechanics (ICEFM), Munich (Jul. 2018).
  6. J. Menser, A. Unterberger, S. Grauer, A. Kempf and K. Mohri. Volumetric imaging of turbulent stratified premixed flames using tomography, background-orientated schlieren and high-speed imaging. Poster, Centre for Nano Integration Duisburg-Essen (CENIDE) conference, Bergische Gladbach (Feb. 2018).
  7. K. Mohri, M. Röder, A. Giese, A. Al-Halbouni and A. Kempf. 3D instantaneous reconstruction of a turbulent industrial burner flame using Computed Tomography of Chemiluminescence (CTC). Oral presentation, 3rd General Meeting and Workshop on SECs in Industry COST Action 1404 of the European Cooperation in Science and Technology, Prague (Oct. 2017).
  8. K. Mohri, M. Röder, A. Giese, A. Al-Halbouni, A. Kempf. Computed Tomography of Chemiluminescence (CTC): reconstructing turbulent laboratory and industrial flames. Poster, 28th Deutscher Flammentag, Darmstadt (Sep. 2017).
  9. J. Verbeke, A. Rittler, S. Görs, C. Schulz, A. Kempf and K. Mohri. Computed Tomography of Chemiluminescence (CTC): Effect of out-of-plane views on the quality of three-dimensional reconstruction of a turbulent swirl flame. Poster and paper, 8th European Combustion Meeting, Croatia, April 2017.
  10. K. Mohri, S. Görs, J. Schöler, T. Dreier, C. Schulz and A. Kempf. Tomographic reconstruction of the highly turbulent TECFLAM and unsteady Bunsen flames’ 3D instantaneous chemiluminescence field. Poster, 36th International Symposium on Combustion (2016).
  11. K. Mohri, A. Kempf. Computed tomography of chemiluminescence in asymmetric unsteady premixed flames. Poster and paper, 27th Deutscher Flammentag, VDI-Berichte Nr. 2267 (2015) 729-734.
  12. K. Mohri and A. Kempf. Computed tomography of chemiluminescence for 3D reconstructions of quasi-steady premixed flames. Talk and poster, Combustion Institute (British section) meeting, Imperial College London (2014).

 

 

Reconstruction of the instantaneous 3D chemiluminescence field of a highly turbulent swirl-stabilised flame (equivalence ratio ɸ = 1.0).

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Latest tomography setup, constituting 24 cameras that are positioned at equiangular spacing within a 172.5° region around the flame.

Cross-sectional slices of the reconstructed instantaneous 3D chemiluminescence field of the swirl flame (equivalence ratio ɸ = 1.0), at different heights above the burner z normalised by the burner bluff body diameter DT.

Reconstructions of the instantaneous 3D chemiluminescence field of three asymmetrically arranged unsteady Bunsen flames, volume rendering view.