Reaktive Fluide: Lasermesstechnik

Die Arbeitsgruppe „Lasermesstechnik“, geleitet von apl. Prof. Dr. Thomas Dreier und Dr. Torsten Endres, beschäftigt sich mit der Entwicklung und praktischen Anwendung spektroskopischer Diagnostikmethoden zum Einsatz in Verbrennungssystemen oder reaktiven Strömungsprozessen. Dazu zählen insbesondere laserbasierte Verfahren wie Rayleighstreuung, spontane Ramanstreuung, laserinduzierte Fluoreszenz (LIF), laserinduzierte Inkandeszenz (LII) oder Diodenlaser-Absorptionsspektroskopie.

In der Arbeitsgruppe werden einerseits grundlagenorientierte Experimente durchgeführt, um eine quantitative Interpretation der Messdaten auch in komplexen Situationen zu ermöglichen. Dazu gehört auch die Bestimmung von Fluoreszenz-Lebensdauern kleiner Moleküle (OH-Radikale, Formaldehyd, Toluol, Naphthalin). Diese liefern Aufschluss über intra- und intermolekulare Energietransferprozesse, die für die Variation von Signalintensitäten und Spektren verantwortlich sind. Ein weiteres Beispiel ist die Bestimmung der Lichtabsorption in wässrigen Lösungen im nahinfraroten Spektralbereich. Darüber hinaus verfolgt die Arbeitsgruppe die Weiterentwicklung von laseroptischen Verfahren (LII) zur Größenmessung gasgetragener Nanopartikeln – z.B. für Ruß im Motor oder für Nanopartikel als wertvolle Produkte eines Synthesereaktors.

Die Messmethoden werden zur Bestimmung wichtiger Parameter in Flammen oder anderen technisch interessanten Umgebungen eingesetzt. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf abbildenden Verfahren, die die gewünschte Größe in einer Querschnittfläche im Prozess darstellen und somit Mischungs-, Reaktions- und Strömungsprozesse aufklären helfen. Die Schichtdicke und die Temperatur wässriger flüssiger Filme wird über Absorptionsspektroskopie mit abstimmbaren NIR-Diodenlasern gemessen, um etwa schnell verdampfende Flüssigfilme auf heißen Oberflächen zeitlich aufgelöst zu betrachten. Ein weiteres Beispiel ist die berührungslose quantitative Bestimmung der Wärmefreisetzung in turbulenten Flammen mittels abbildender LIF von OH und Formaldehyd sowie die der zeit- und spektral aufgelösten Chemilumineszenz (OH*, CH*, CO2*).