Mittels einer neuen Messtechnik, die auf dem Laserlichtschnittverfahren basiert, können instantan dreidimensionale Konzentrationsgradienten bestimmter Spezies in turbulenten Flammen oder Strömungen bestimmt werden. Durch einen speziellen optischen Aufbau wird das Signallicht zweier sich im Versuchsvolumen kreuzender Lichtschnitte, wie in Abbildung 1 skizziert, simultan mit einer einzigen Kamera detektiert. Nach notwendigen Korrekturen erhält man in der Schnittgeraden der Lichtschnitte Informationen, die zum Beispiel zur Validierung von Modellrechnungen verwendet werden können. Da direkte numerische Simulationen (DNS) für turbulente Prozesse zu rechenaufwändig sind, besteht eine weitere wichtige Anwendung in der Konstruktion empirischer Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen, wie sie in PDF-Modellierungen eingesetzt werden.

Abbildung 1: Im Versuchsobjekt gekreuzte Lichtschnitte

Zusätzlich zur Gradientenbestimmung ist eine näherungsweise Rekonstruktion dreidimensionaler Bildinformationen möglich. Sie wird mit Hilfe digitaler Bildverarbeitung durch einen Diffusionsprozess der Daten aus den beiden beobachteten Messebenen in das Volumen realisiert. Die Darstellung dieses dreidimensionalen Datenfeldes mittels eines volumenvisualisierenden Programmes liefert neue Einblicke in turbulente Prozesse. Als erste Anwendung des Verfahrens wurde die laserinduzierte Fluoreszenz (LIF) von OH in der Flamme eines mit Methangas gefeuerten Bunsenbrenners gemessen (Abbildung 2).

Abbildung 2: Dreidimensionale Visualisierung von OH in einer mageren Bunsenbrennerflamme

Literatur:
[1] A. Hoffmann, F. Zimmermann, H. Scharr, S. Krömker, and C. Schulz, "Instantaneous three-dimensional visualization of concentration distributions in turbulent flows with crossed-plane laser-induced fluorescence imaging," Appl. Phys. B 80, 125-131 (2005).
[2] A. Hoffmann, C. Schulz, J. Ruckwied, D. Malcherek, T. Dreier, R. Schießl, and U. Maas, "Three-dimensional measurement of OH-concentration gradients in a turbulent flame by simultaneous laser induced fluorescence and Raman scattering," in European Combustion Meeting (Orléans, France, 2003).