Hochgeschwindigkeitslaser zur optischen Messung von Geschwindigkeiten, Konzentrationen, Temperaturen (Erneuerung)

• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik, Technische Thermodynamik und Thermische Energietechnik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 576096878

Dieser Antrag wird im Rahmen des Geräteerneuerungsprogramms der DFG gestellt. Beantragt wird ein Hochgeschwindigkeits-Laser, der zwei vorhandene, über Art 91b GG beschaffte Hochgeschwindigkeits-Systeme zur Messung von Geschwindigkeiten, Konzentrationen und Temperaturen mittels optischer Messverfahren wieder vollumfänglich nutzbar machen soll. Der bisher als Lichtquelle genutzte Laser für diese Systeme ist, trotz mehrmaliger aufwändiger und kostenintensiver Reparaturen in den vergangenen Jahren nicht mehr voll einsatzfähig. Da diese beiden Großgeräte am Lehrstuhl für Strömungsmechanik und Strömungstechnik für die meisten der experimentellen Forschungsprojekte eingesetzt werden, wäre ein kompletter Ausfall des Lasers mit großen Schwierigkeiten bei der Erfüllung der Projektprogramme, darunter auch ein SFB/TR, verbunden.Die zeitaufgelöste Erfassung von Geschwindigkeits-, Konzentrations- und Temperaturfeldern zählt zu den wichtigsten Messaufgaben im Bereich der experimentellen Strömungsmechanik. Die Ergebnisse erlauben es dann turbulente Strömungen, die die Mehrzahl der Anwendungen ausmachen, akkurat zu analysieren und zu optimieren. Ebenso ist in mehrphasigen Strömungen die zeitaufgelöste Erfassung der Bewegungen von Partikeln und/oder Blasen von großer Bedeutung für die Optimierung relevanter Anwendungen, insbesondere in der Verfahrenstechnik. Der beantragte Hochgeschwindigkeits-Laser soll in diesem Kontext zwei bereits am Lehrstuhl vorhandene Hochgeschwindigkeitsmesssysteme (2D und 3D Messungen) wieder vollumfänglich nutzbar machen, deren Verwendung momentan durch einen inzwischen sehr reparaturanfälligen ursprünglichen Laser sehr eingeschränkt ist. Die vorhandenen optischen Messsysteme erlauben die zeit- und ortsaufgelöste Bestimmung von Geschwindigkeitsfeldern in zwei oder drei Dimensionen (3D3C). Hierzu wird das Verfahren der Particle-Image-Velocimetry (PIV) verwendet, für das in der Strömung befindliche Partikel von einem Laser beleuchtet und die Partikelbilder mit Hochgeschwindigkeitskameras aufgenommen werden. Hieraus können dann die Geschwindigkeiten in der Strömung berechnet werden. Zur Untersuchung von Misch- und Stofftransportvorgängen wird das Verfahren der Laser-Induzierten-Fluoreszenz (LIF) eingesetzt. Hier dient der beantragte Hochgeschwindigkeits-Laser zur Fluoreszenzanregung von Tracerstoffen oder fluoreszierenden Bestandteilen der Mischung. Somit ist dann die zeitaufgelöste Analyse solcher Vorgänge zu deren Verständnis und Optimierung möglich. Auch Temperaturfelder können mittels Fluoreszenzanregung temperaturabhängiger Tracerstoffe gemessen werden. Mit dem beantragten Hochgeschwindigkeits-Laser können somit, in Verbindung mit den vorhandenen Messsystemen, eine Vielfalt unterschiedlicher Strömungen (Mischprozesse, Trennprozesse, Windkanal, Wasserkanal, Blasensäulen, Schüttungen, pulsierende Strömungen...) quantitativ 2- und 3-dimensional, im Detail und mit hoher zeitlicher Auflösung untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Hochgeschwindigkeitslaser zur optischen Messung von Geschwindigkeiten, Konzentrationen und Temperaturen (Erneuerung)
• Gerätegruppe: 8860 Geschwindigkeitsmeßgeräte (außer 047, 053, 192 und 244)
• Antragstellende Institution: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
• Leiter: Professor Dr. Dominique Thévenin