Simultane Messung von planarer laserinduzierter Fluoreszenz & Absorption (OH-PLIF Absorption)

Messgrößen

  • OH-Konzentration

Prinzip

Die planare laserinduzierte Fluoreszenz (PLIF) des OH-Radikals diente als Indikator für das heiße Abgas. Die Laseranregung des OH erfolgte mit dem Laserlichtband eines frequenz-verdoppelten Farbstofflasers bei 283 nm. Die Kombination von PLIF-Messungen (Kamera 1) mit einer simultanen Absorptionsmessung mit Hilfe der 2. Kamera ermöglicht sowohl die Korrektur der OH-Bilder auf Laserabsorption als auch die Kalibrierung der OH-Konzentration aufgrund des direkten Zusammenhangs von Absorption und OH-Dichte. In mageren Flammen (lambda >1,1) ist die OH-Gleichgewichtskonzentration nahezu unabhängig von dem Äquivalenzverhältnis und wächst zunächst fast exponentiell mit der Temperatur. In den hier unter-suchten global mageren Hochdruckflammen der LPP-Brenner lassen sich aus den OH-Konzentrationen Temperaturen zwischen 1300K (noch ausreichendes OH-Signal) und 2400K (nur noch geringe Temperaturabhängigkeit der [OH]-Konzentration) bestimmen.
Die Genauigkeit der Temperaturbestimmung im mageren Abgas ist durch die Genauigkeit der OH-Konzentrationsmessung bestimmt. Bei einer Temperatur von 2100K führt eine Unsi-cherheit der OH-Konzentration von 30% zu einer Temperaturunsicherheit von 40K. Aufgrund seiner hohen Temperatursensitivität ermöglicht dieses Temperaturmessverfahren unter den Bedingungen der mageren Hochdruckverbrennung auch unter Prüfstandsbedin-gungen aussagekräftige Temperaturmessungen im Einzelschuss.

Anwendung

Dieses flächige, robuste Temperaturmessverfahren wurde für den Einsatz an Verbrennungs-prüfständen unter realitätsnahen Testbedingungen für magere (teil-) vormischende Brenner entwickelt.

Als flächiges Laserlichtschnitt-Messverfahren besitzt es eine hohe räumliche und zeitliche Auflösung. Auch im Einzelschuss liefert es Temperaturmessungen, die von vergleichbarer Genauigkeit zu der von gemittelten Aufnahmen sind. Im Vergleich zu punktuellen Messver-fahren wie CARS ist es damit sehr effizient, da es im Einzelschuss ein ganzes Temperatur-feld erfasst.

Dieses Temperaturmessverfahren besitzt unter den Bedingungen der mageren Hochdruck-verbrennung eine 8-fach höhere Temperatursensitivität als die 2-Linien OH-Thermometrie bei halbem apparativen Aufwand. Dadurch werden auch unter Prüfstandsbedingungen aussagekräftige Temperaturmessungen im Einzelschuss möglicht.

Bei Einsatz realitätsnaher Kraftstoffe wie JET A1 erfasst eine 3. Kamera simultan die LIF des Kraftstoffs in einem anderen Spektralbereich. Auf diese Weise entsteht zu jedem instationä-ren Temperaturbild das dazugehörige qualitative Bild der Kraftstoffverteilung in Gas- und Flüssigphase.

Bisher wurde es bei einer Reihe von Brenneruntersuchungen von Seiten der des DLR und Rolls-Royce im Rahmen eingesetzt.

Literatur / Referenzen

  • Behrendt, T., Heinze, J., Hassa, Ch.: Proceedings ASME GT2003-38444 (2003), 1-10

Institut / Einrichtung

DLR-Institut für Antriebstechnik

Kontakt

Dr.rer.nat. Johannes Heinze
DLR-Institut für Antriebstechnik

Jochen Krampe
Technologiemarketing

Dr.-Ing. Alexander Born
Technologiemarketing

Dr. Frank Holtmann
Technologiemarketing

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