Bestimmung von Temperaturgradienten mittels der CARS-Messtechnik
Final Report Abstract
Die Ergebnisse des Berichtszeitraumes können folgendermaßen zusammengefasst werden: • Die Auswertesoftware wurde so modifiziert, dass stets eine konstante und eine inverse gewichtete Auswertung durchgeführt wird. Die Gewichtungsfaktoren wurden so ausgewählt, dass sich die Ergebnisse der beiden Auswertungen nur bei Vorliegen eines Temperaturgradienten im Messvolumen deutlich voneinander unterscheiden. Mit diesem Kriterium konnten gradientenbehaftete Spektren identifiziert und aussortiert werden. Am Beispiel einer turbulenten Vormischflamme wurde die Nutzbarkeit erfolgreich demonstriert. • In einem zweiten Schritt wurden die aussortierten Spektren aus der turbulenten Flamme ausgewertet. Dabei wurde die Annahme zugrunde gelegt, dass sich die gradientenbehafteten Spektren aus zwei Temperaturen zusammensetzen und sich die zugehörigen CARS-Signale kohärent addieren. Die zunächst aussortierten Spektren konnten auf diese Weise ausgewertet und eine sehr gute Übereinstimmung zwischen den experimentellen gradientenbehafteten und den theoretisch berechneten Spektren erzielt werden. Neben den beiden Temperaturen wird auch der jeweilige Anteil mitberechnet, so dass die Mischtemperatur berechnet werden kann. Die so bestimmte Temperatur ist um bis zu 1000 K höher als die mit dem zu Projektbeginn üblichen Algorithmus ausgewertete Temperatur. • Darüber hinaus wurden sehr gute Übereinstimmungen zwischen den mit dem neuen Algorithmus erzielten CARS Ergebnissen und den zweidimensionalen Rayleigh- Messungen aus der gleichen turbulenten Flamme festgestellt. Die erfreulichen Ergebnisse der letzten Projektphase zeigen deutlich die Umsetzbarkeit und Zuverlässigkeit des vorgestellten Verfahrens. Aufgrund der guten Nutzbarkeit wird der entwickelte Auswertealgorithmus zukünftig immer zur Temperaturauswertung von Vibrations-CARS-Spektren aus turbulenten Verbrennungsvorgängen eingesetzt. Durch die Identifikation und Auswertung gradientenbehafteter Spektren wird sich die Nutzungsmöglichkeit der CARS-Technik gerade für die technisch relevanten turbulenten Flammen deutlich erweitern. Neben der Vibrations-CARS-Technik wird häufig, gerade wenn es um die simultane Temperatur- und Konzentrationsbestimmung geht, häufig das Rotations-CARS-Verfahren verwendet. Während für die Vibrations-CARS-Technik jetzt eine geeignete Strategie zur Temperaturauswertung gradientenbehafteter Spektren aus turbulenten Verbrennungsvorgängen vorliegt, finden sich in der Literatur keine Angaben, die dieses Problem für das Rotations-CARS-Verfahren behandeln. Die Übertragung des in diesem Projekt erfolgreich entwickelten Auswertealgorithmus auf die Rotations-CARS-Technik kann jedoch nur durch eine zusätzliche Auswertung des Konzentrationsgradienten erfolgen. Hier besteht aktuell Forschungsbedarf. Deshalb soll, wie bei der letzten Begutachtung empfohlen, diese Problematik im Rahmen des beiliegenden Neuantrages angegangen werden.
Publications
- T. Seeger, M.C. Weikl, F. Beyrau and A. Leipertz Identification of Spatial Averaging Effects in Vibrational CARS Spectra J. Raman Spectrosc. 37, S. 641-646 (2006)
