Grundlagenuntersuchung zur Statistik von Extinktionssignalen mit dem Ziel der Bestimmung von Partikelgrößenverteilungen aus dem zeitlichen Verhalten der Transmissionsfluktuation

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Ulrich Riebel
• Subject Area: Mechanical Process Engineering
• Term: from 1997 to 2008
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5306268

• Final Report Year: 2008

Final Report Abstract

Die theoretische Beschreibung der Transmissions-Fluktuations-Spektrometrie konnte durch den Produktansatz in einer leicht handhabbaren und auf nahezu beliebige Konfigurationen anwendbaren Form neu gefasst werden. Konzentrationseffekte können - soweit von der Suspensionsstruktur ausgehend - theoretisch auf Basis der Paar-Korrelations-Funktion exakt beschrieben werden. Ein weiterer Effekt, der Überlappungseffekt, konnte numerisch modelliert und durch Anpassungsgleichungen gut handhabbar beschrieben werden. Als besonders vorteilhafte Messkonfiguration konnte die Zweistrahl-Messung mit Ermittlung der räumlichen Korrelation der Transmissionssignale identifiziert werden. Diese Konfiguration erlaubt einer Messung unabhängig von der Kenntnis der Strömungsgeschwindigkeit und zeigt darüber hinaus eine besonders gute Auflösung bezüglich der Partikelgröße sowie ein besonders günstiges Verhalten bei hohen Konzentrationen, da dünne Messstrahlen verwendet werden können. Die Auswertung der zeitlichen Autokorrelation bei Messung mit nur einem Strahl ist bezüglich der Auflösung im Partikelgrößenbereich vergleichbar, erfordert aber die genaue Kenntnis von Strömungsgeschwindigkeit und -richtung sowie ein gleichverteiltes Strömungsprofil. Die theoretisch und z. T. durch numerische Simulation erreichten Aussagen konnten in weitestem Umfang experimentell bestätigt werden. In der experimentellen Umsetzung über das zeitliche Autokorrelations-Verfahren mit einem fokussierten Messstrahl konnte ein Messbereich von 10 um an aufwärts sowie eine sehr gute Auflösung demonstriert werden. Stoffdaten wurden für die Auswertung nicht benötigt. Das prinzipiell überlegene, aber auch apparativ deutlich aufwendigere Zweistrahl-Verfahren mit räumlicher Korrelation konnte wegen finanzieller Beschränkungen nur in Form eines Demonstrationsmusters realisiert werden, ohne jedoch die volle Leistungsfähigkeit zu erreichen.

Publications

• Extinction by a Large Spherical Particle Located in a Narrow Gaussian Beam. Part. Part. Syst. Charact. Vol 18, Issue 5/6, 2001, pp. 254-261
  Shen, J.; Riebel; U.
  
• High Concentration Limits in On-line Particle Sizing - a Survey. Vortrag (keynote lecture) PARTEC 2001, Nürnberg
  Riebel, U.
  
• Transmissions-Fluktuations-Spektrometrie, GVC-Jahrestreffen 2002
  Riebel, U.; Shen , J.
  
• Fundamentals of Transmission Fluctuation Spectrometry with Variable Spatial Averaging. China Particuology Vol. 1, No. 6, 2003
  Shen, J.; Riebel, U.; Breitenstein, M.; Krauter, U.
  
• Particle Size Analysis by Transmission Fluctuation Spectrometry: Experimental Results obtained with a Gaussian Beam and Analog Signal Processing. Part. Part. Syst. Char. (20) 2003, 250-258
  Shen, J.; Riebel, U.
  
• Particle Size Analysis by Transmission Fluctuation Spectrometry: Fundamentals and Case Studies. Dissertation, BTU Cottbus 2003, ISBN 3-89873-946-5
  Shen, Jianqi
  
• The Fundamentals of Particle Size Analysis by Transmission Fluctuation Spectrometry. Part 3: A Theory on Transmission Fluctuations in a Gaussian Beam and with Signal Filtering. Part. Part. Syst. Char. 20 (2003), 94-103
  Shen, J.; Riebel, U.
  
• Particle Size Analysis by Transmission Fluctuation Auto-correlation Spectrometry. Vortrag auf GVC-Fachausschuss „Partikelmesstechnik", vom 29.- 30. März 2004, Braunschweig.
  Guo, Xiaoai; Riebel, Ulrich
  
• Particle Size Analysis by Transmission Fluctuation Spectrometry: Theory and Simulations on the Spatial Correlation Technique. PARTEC 2004, 16.-18.03.04 Nürnberg
  uo, X.; Riebel, U.; Shen, J.
  
• Transmission Fluctuation Spectrometry in Concentrated Suspensions. Part One: Effects of the Monolayer Structure. Part. Part. Syst. Charact. 27 (2004), 429-439
  Shen, J.; Riebel, U.
  
• Transmission Fluctuation Spectrometry in Concentrated Suspensions. Part Two: Particle Overlapping. Part. Part. Syst. Charact. 27 (2004), 440-454
  Shen, J.; Riebel, U.
  
• Transmission Fluctuation Spectrometry in Concentrated Suspensions: Particle-Particle Interaction. Vortrag PARTEC 2004, 16.-18.03.04 Nürnberg
  Shen, J.; Riebel, U.; Guo, X.
  
• A TFS-based Technique for Measuring Particle Size Distribution and Concentration in Flowing Suspensions. GALA-Fachtagung 2005, 06.-08. Sept. 2005 in Cottbus
  Guo, X.; Riebel, U.
  
• Experimental Study on Particle Size Distribution and Concentration Using Transmission Fluctuation Spectrometry with Autocorrelation Technique. Particle & Particle Systems Characterization. Volume 22/2005, Issue 3 (p 161-171)
  Guo, Xiaoai; Riebel, Ulrich
  
• Measurements of particle-size distribution and concentration by transmission fluctuation Spectrometry with temporal correlation. OPTICS LETTERS, Vol. 30, No. 16, 2098-2100, 15.08.2005
  Shen, J.; Guo, X.; Riebel, U.
  
• Transmission Fluctuation Spectrometry in Concentrated Suspensions. Part Three: Measurements. Part. Part. Syst. Charact. 22 (2005), 14-23
  Shen, J.; Riebel, U.
  
• Transmission Fluctuation Spectrometry with Spatial Correlation. Part. Part. Syst. Charact. 22 (2005) 24-37
  Shen, J., Riebei, U., Guo, X.
  
• Experimental Investigation of Multiphase Flow Structure behind Bluff Body by LDA and TFS Technique. GALA 2006, Sept. 2006
  Guo, X.; Riebel, U.; Geliert, M.
  
• Theoretical direct correlation function for two-dimensional fluids of monodisperse hard spheres , Journal of Chemical Physics, 125,144504 (2006)
  Guo, X.; Riebel, U.
  
• Characterization of Multiphase Flow Structures and Particle Sizing by Evaluation of Statistical Light Transmission Fluctuations. International Congress on Particle Technology, PARTEC 2007, 27.-29 March 2007, Nürnberg
  Guo, X.; Riebel, U.
  
• Signal Processing in Transmission Fluctuation Spectrometry with Band-pass Filter. AIP Conference Proceedings. Vol.914, 226-231 (2007)
  Shen, J.; Xu, Y.; Yu, B.; Guo, X.; Riebel, U.
  
• Transmission Fluctuation Correlation Spectrometry for Measuring Particle Suspension and Flow Structures. GVC-VDi Fachausschuss "Partikelmesstechnik", Dresden 05.-06.02.07
  Guo, X.; Riebel, U.
  
• Transmission Fluctuation Correlation Spectrometry: Characterization of Particle Suspensions and Flow Structures. BTU Cottbus, Dissertation 2007. ISBN 978-3-86727- 392-3
  Guo, X.
  
• Fundamentals of Particle Size Analysis by Fluctuating Transmission Autocorrelation with an Extremely Narrow Beam, in Measurement 41 (2008), 55-64
  Shen, J.; Yu, B.; Xu, Y.; Liu, L; Riebel, U.; Guo, X.
  
• Locally Resolving Measurements of PSD, Particle Concentration and Particle Velocity by Means of TFS with Dual Beams, Part. Part. Syst. Charact.
  Guo, X.; Riebel, U.
  
• Suspension Structure Effects on Transmission Fluctuation Spectrometry with Autocorrelation: Theoretical Prediction, Numerical Simulation and Experimental Verification, Part. Part. Syst. Charact.
  Guo, X.; Riebel, U.