Entwicklung und Qualifizierung einer fernmikroskopischen Geschwindigkeits- und Deformationsmesstechnik zur simultanen Bestimmung der Umströmung und Deformation von Blasen und Tropfen mit nur einer Farbkamera

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Joachim Kähler
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 170456620

In der Mehrphasenverfahrenstechnik spielen Blasen und Tropfen aufgrund deren Einfluss auf Stoffumsatz und Strömungsform eine große Rolle. Besonders die zeitlich und räumlich hochaufgelöste und präzise Bestimmung der Größe, Verformung und Trajektorie, sowie der Umströmung sind von großem Interesse für die Charakterisierung und Optimierung verfahrenstechnischer Prozesse. Ziel des Projektes ist es daher eine Messtechnik weiter zu entwickeln, bei der durch die Beobachtung einer mit Partikeln versetzten Strömung die Blasen/Tropfengeometrie und deren Bewegung, sowie die Umströmung bestimmt werden kann. Aufbauend auf der in der ersten Antragsphase für die Mikrofluidik etablierten Astigmatismus Particle Tracking Velocimetry, soll in die Optik eines Fernmikroskops eine Zylinderlinse eingebracht werden. Die dreidimensionale Position im Messvolumen kann über eine Kalibrierung der elliptisch verzerrten Partikelbilder bestimmt werden. Das Messverfahren benötigt daher lediglich eine Kamera, weshalb auf eine fehleranfällige Kalibrierung mehrere Kameras verzichtet werden kann und das Verfahren für optisch eingeschränkt zugängliche Apparate in der Verfahrenstechnik eingesetzt werden kann. Die Trennung der Signale von der Blasen- / Tropfenoberfläche und der Strömung erfolgt dabei spektral mit Hilfe verschiedener Fluoreszenzfarbstoffe und einer Hochgeschwindigkeitsfarbkamera. Aufgrund des großen Stellenwertes der Verfahrenstechnik in Deutschland ist zu erwarten, dass diese Technik viele nutzbringende Einsatzmöglichkeiten finden wird, um zukünftig komplexe wissenschaftliche und prozesstechnische Fragestellungen aufzuklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Christian Cierpka