Verfahrenstechnik

M.Sc.

Henning Junne

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

henning.junne@tu-berlin.de

+49 30 314 72688

Raum ACK Z 66
Adresse Ackerstr. 76
13355 Berlin

Ortsaufgelöste Messung von Konzentrations- und Temperaturfeldern mittels Schlieren- und LIF-Messtechnik

Zur Auslegung von Kontaktapparaten greifen sowohl Forschungsinstitute als auch die Industrie auf Stofftransportkorrelationen zurück, die auf integral ausgewerteten Experimenten beruhen. Dies bedeutet, dass unter einstellbaren Bedingungen der in einem Zeitraum Δt = t - t0 übergegangene Stoffstrom durch eine passende Analysemethode bestimmt wird. Diese Art der Auswertung bietet jedoch keinerlei Informationen über den Verlauf des übergehenden Stoffstroms im Verlauf des Zeitfensters t0 bis t. Die zeitliche Beobachtung dieses Prozesses kann durch kürzere Zeiträume t angenähert werden, jedoch beeinflusst die Probengewinnung für die Analytik stets mehr oder minder stark den Stoffübergang und damit das Ergebnis. Beispielhaft sollen hier die Probennahme mittels einer Kanüle oder das Einführen einer pH-Messsonde genannt werden.

Optische Messverfahren vermeiden die Beeinflussung von Konzentrations- und Strömungsfeldern und ermöglichen so die Vermessung des zeitlich und räumlich aufgelösten Stofftransports. Eine besonders im Bereich der Gasströmungen genutzte optische Messmethode ist die Farbverlaufs-Schlierenfotografie, die auf der Ablenkung parallelisierter Lichtstrahlen aufgrund von Brechungsindexunterschieden beruht. Da die Einflussgröße, der Brechungsindex, durch eine Vielzahl von Stoffgrößen beeinflusst wird, beispielsweise der Temperatur oder der Konzentration, ist jeweils die Messung einer der beiden Größen möglich, während die andere konstant gehalten werden muss. Dabei dienen Temperaturfelder um eine beheizte Kugel als Validierungsfall, um daraus gewonnene Erkenntnisse bei der Bestimmung von Konzentrationsfeldern um ruhende Einzeltropfen anwenden zu können. Ein zusätzlicher Vorteil eines optischen Messverfahrens liegt darin, dass bei ausreichender räumlicher und zeitlicher Auflösung, lokale Phänomene beobachtet werden können. Im Falle von Stofftransportversuchen ist beispielsweise die Verstärkung des Stofftransports aufgrund von Stofferuptionen zu nennen (siehe Bild unten rechts).

In diesem DFG-Projekt liegt der Fokus auf dem Aufbau, der Steuerung und der Validierung des experimentellen Setups, da dieses zahlreiche Anknüpfungspunkte zu anderen am Fachgebiet bearbeiteten Projekten bietet. Darüber hinaus sollen neben den Validierungsexperimenten auch Konzentrationsfeldmessungen durchgeführt werden, die wiederum zur Verbesserung der Stofftransportkorrelationen oder zu Validierung von numerischen Simulationen genutzt werden können.

Publikationen

2021

Heine, J.; Schulz, J.; Junne, H.; Böhm, L.; Kraume, M.; Bart, H.-J.
Real-time visualization of internal and external concentration fields in multiphase systems via Laser-induced fluorescence and Rainbow Schlieren Deflectometry during and after droplet production
Chemie Ingenieur Technik, 93 (1-2) :180-190
2021
ISSN: 1522-2640

2020

Schulz, J.M.; Junne, H.; Böhm, L.; Kraume, M.
Measuring local heat transfer by application of Rainbow Schlieren Deflectometry in case of different symmetric conditions
Experimental Thermal and Fluid Science, 110 :109887
2020

2018

Schulz, J.; Junne, H.; Böhm, L.; Kraume, M.
Development of an experimental setup applying rainbow schlieren deflectometry for visualization and quantification of heat and mass transfer in multiphase systems
In Kähler, C. and Hain, R. and Scharnowski, S. and Fuchs, T., Editor, Proceedings of the 5th International Conference on Experimental Fluid Mechanics ICEFM 2018 Munich, Seite 226-231
In Kähler, C. and Hain, R. and Scharnowski, S. and Fuchs, T., Editor
2018