Anwendung und Entwicklung von laserinduzierter Phosphorthermometrie zur Bestimmung von Fluidtemperaturen
Michael Stephan
Der stetig steigende Weltenergiebedarf bei zeitgleicher Verknappung fossiler Ressourcen und immer strengeren Restriktionen zum Umweltschutz stellen Ingenieure bei der Entwicklung zukünftiger Technologien vor enorme Herausforderungen. Trotz zunehmender Bedeutung regenerativer Konzepte dominieren Verbrennungsprozesse weite Teile der Energiewandlung und das Transportwesen. Dieser Trend wird die kommenden Jahrzehnte andauern. Eine wichtige Rolle spielen dabei Gasturbinen aufgrund ihrer hohen Dynamik und Leistungsdichte. Um zukünftige Gasturbinen so effizient und emissionsarm wie möglich zu gestalten, werden neue Betriebskonzepte benötigt, wie beispielsweise Magerbrennverfahren. Für die erfolgreiche Umsetzung dieser Verbrennungskonzepte wird die Entwicklung und Adaption effektiver Filmkühlung als Schlüsselkomponente gesehen. Einen maßgeblichen Beitrag dazu liefert die grundlagenorientierte Verbrennungsforschung in Form von numerischen und experimentellen Studien. Für Letztere eignen sich insbesondere laserdiagnostische Methoden. Sie gelten als minimalinvasiv und bieten die Möglichkeit zur Umsetzung von zeit- und räumlich hochaufgelösten, simultanen Multiparametermessungen. Zur Betrachtung von Filmkühlprozessen, bei der Kühlluft mit den heißen Verbrennungsabgasen interagiert, sind vor allem die Größen Gasphasentemperatur und Strömungsgeschwindigkeit relevant. Zur simultanen Messung dieser Parameter eignet sich die Lasermesstechnik der Thermographic Particle Image Velocimetry, die auf in die Strömungen zugegebene Partikel aus thermographischem Phosphor angewendet wird. Die hier vorliegende Arbeit befasst sich mit der Anwendung und Weiterentwicklung der laserinduzierten Phosphorthermometrie für praxisrelevante Bedingungen.
