Hochdruck-Zelle 1

Ziel
Zur Untersuchung von Strömungen, Kraftstoffverteilungen oder Mischungsprozessen werden häufig Mischungen aus Fluoreszenz-Tracern und einer nicht-fluoreszierenden „Umgebung“ eingesetzt, um mittels Laser-induzierter Fluoreszenz (LIF) z.B. die Gasströmung visualisieren zu können. Die meisten Tracer zeigen einen erheblichen Einfluss von Druck, Temperatur und Gaszusammensetzung auf ihre Fluoreszenzeigenschaften. Daher ist es für eine exakte Auswertung solcher Messungen nötig, die Fluoreszenzeigenschaften verschiedener Tracer unter bestimmten, definierten Bedingungen zu kennen. Die in der Hochdruckzelle gewonnenen Daten dienen einerseits empirisch zur Auswertung von Messungen und andererseits zum Aufstellen bzw. Verfeinern von Fluoreszenzmodellen, mit denen Fluoreszenzeigenschaften vorhergesagt werden können. Neben dem Fluoreszenzspektrum und dessen Intensität liefert auch die Fluoreszenzlebensdauer wichtige Informationen, weshalb hierauf ein besonderes Augenmerk liegt.

Verfahren
Die Zelle wird von geregelten Massenflüssen der Gase durchströmt und ist für einen Druckbereich bis 10 bar sowie einen Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 1000°C ausgelegt. Die Zelle wird intern mit MoSi-Heizelementen geheizt. In einem Keramik-Röhrensystem wird das Gas zuerst auf die gewünschte Temperatur gebracht und dann durch das Messvolumen geleitet. Über ein Verdampfer-System wird der Tracer in den Gasstrom eingegeben. Mittels eines zweiten Gasstromes und einer Gasmischkammer können verschiedene Gaszusammensetzungen realisiert werden. Als Anregungslaser dient ein frequenzvervierfachter Nd:YAG-Laser mit einer Pulslänge von 30 ps, damit Fluoreszenz-Lebensdauern bis etwa 100 ps gemessen werden können. Als Detektionseinheiten stehen eine ICCD-Kamera mit Spektrometer (zeitlich integrierte, spektral aufgelöste Messungen), verschiedene Photomultiplier (für Lebensdauer-Messungen) und eine Streak-Kamera mit Spektrometer zur Verfügung, die je nach Anwendungsgebiet ausgewählt werden können.

Veröffentlichungen
W. Koban, J. D. Koch, R. K. Hanson, and C. Schulz "Toluene LIF at elevated temperatures: Implications for fuel/air ratio measurements," Appl. Phys. B 80, 147-150 (2005).

Kontakt
apl. Prof. Dr. T. Dreier, Tel.: +49 (0)203 379 8072, IVG