Thermographische Phosphore in der Gasphase

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Barbara Albert; Professor Dr. Andreas Dreizler
• Fachliche Zuordnung: Energieverfahrenstechnik ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 250934376

Turbulente Verbrennungsprozesse bilden auch zukünftig die Basis technischer Energiewandlungsprozesse. Die Verbrennungstechnologie setzt zunehmend eine genaue Kenntnis der zugrunde liegenden chemischen, physikalischen und gekoppelten Prozesse voraus. Hierzu gehören vor allem die Kenntnis des Strömungs- und Temperaturfeldes. Eine gleichzeitige Messung von Temperatur und Geschwindigkeit ermöglicht eine Korrelationsanalyse beider Parameter. Dies ist von Bedeutung, um Skalarflüsse zu quantifizieren, die ihrerseits zur Schließung der für die Simulation verwendeten Erhaltungsgleichung von zentraler Bedeutung sind. Jüngste Entwicklungen zur robusten quantitativen Temperaturmessung basieren auf der Nutzung Thermographischer Phosphore (TGP). TGPs sind dotierte anorganische, kristalline Feststoffe, deren spektrale Eigenschaften temperaturabhängig sind. Hierbei ändert sich mit der Temperatur das spektrale oder zeitliche Emissionsverhalten, das für sensorische Zwecke genutzt wird. Als Dotierungsmaterialien werden Übergangsmetalle oder Seltene Erden verwendet. TGPs werden sehr erfolgreich für Wandtemperaturmessungen eingesetzt. Werden TGPs als Pulver mit typischen Partikeldurchmessern von 2 µm einem Fluid (Gas oder Flüssigkeit) beigemengt, so kann einerseits die Temperatur und andererseits die Strömung über die PIV-Methode bestimmt werden (Kreuzkorrelationsberechnung aus zwei kurz aufeinander folgend aufgenommenen Mie-Streulichtbildern). Diese Methode hat hohes Potenzial für kombinative Geschwindigkeits-Temperaturmessungen. Aus bisherigen Studien kann gefolgert werden, dass TGPs in Kombination mit PIV ein hohes Potential für Skalarflußmessungen in Heißgasanwendungen und Verbrennungsumgebungen aufweisen, sofern die Präzision für Einzelschusstemperaturmessungen für einen sinnvollen Einsatz gesteigert wird. Der Temperaturbereich ist bisher aus Gründen des ungünstigen Signal-zu-Rausch-Verhältnisses auf deutlich unter 1000 K beschränkt ist. Eine Nutzung der Methode in Verbrennungsprozessen steht aus, weil ein Zielkonflikt zwischen dem thermischen/strömungsmechanischen Folgevermögen einerseits und hohem Signal-Rausch-Verhältnis andererseits besteht.Um diese Temperaturbeschränkungen, die zu geringe Präzision bei Einzelschussmessungen sowie den Zielkonflikt zwischen Folgevermögen und SNR zu lösen, sollen in Bezug auf TGP-Partikel und spezifisch für die im Arbeitsplan erläuterten verbrennungsrelevanten Anwendungen zwei Ansätze verfolgt werden:Gezielte Optimierung der TGP-Materialien (Quanteneffizienz, Absorptionsquerschnitt, etc.)Substitution von Vollpartikel durch Hohlpartikel Da die Anwendung der TGP-Partikel die zu erfüllenden Spezifikationen diktiert, ist eine enge Kooperation vom Anwender mit Experten der Partikelsynthese zwingend erforderlich. Dies wird durch die bewährte Kooperation beider Antragsteller garantiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen