System zur Untersuchung technischer Gemischbildungs- und Verbrennungsprozesse mittels Kurzpulsmesstechnik
Final Report Abstract
Die Kurzpulsmesstechnik bietet vielseitige Anwendungsmöglichkeiten im Forschungsbereich der optischen Verbrennungsdiagnostik. Eine Hauptanwendung der Messtechnik ist die Untersuchung der laserinduzierten Fluoreszenz bei Verwendung von Spurstoffen (Tracern) für die gleichzeitige Bestimmung von Temperaturund Konzentrationen bei der Gemischbildung in energietechnischen Systemen, v.a. in motorischen und technischen Verbrennungssystemen. Das Messsystem bestehend aus dem Kurzpulslaser, der Streakkamera und dem Spektrometer ermöglicht hierbei die gleichzeitige Detektion von Emissionsspektren sowie Fluoreszenzabfallzeiten, welche im Bereich von wenigen Nanosekunden auftreten. Es wurden verschiedene Spurstoffe untersucht, welche z.B. für die Bestimmung des Äquivalenzverhältnisses und der Temperatur eingesetzt werden. Detaillierte Einblicke in das spektrale und zeitliche Emissionsverhalten bei Laseranregung einzelner Tracer oder Tracerpaare dienen zur Weiterentwicklung der Messtechnik für eine Multiparameter-Bestimmung bei der Gemischbildung und Verbrennung. So erlaubt die Messtechnik Rückschlüsse darauf, ob ein Tracer zur Untersuchung eines bestimmten Parameters (wie des Äquivalenzverhältnisses) geeignet ist und welche zusätzlichen Größen (wie z.B. Druck, Temperatur und Gemischzusammensetzung) die Fluoreszenz des Tracers beeinflussen. Erste Ergebnisse wurden für die Tracer Triethylamin (TEA), Trimethylamin (TMA) und 1-Methylnaphthalin (1-MN) veröffentlicht. TEA eignet sich aufgrund seiner Stoffeigenschaften besonders für den Einsatz in Ottomotoren, wobei TMA als Gastracer in Gasmotoren eingesetzt werden kann und 1-MN für Dieselmotoren zur Anwendung kommt. Eine Charakterisierung der Fluoreszenzspektren und Abfallzeiten der drei genannten Tracer konnte erstmals unter Anregung mit 266 nm bzw. 263 nm erfolgen, diese Anregungswellenlängen sind v.a. für aktuell immer wichtiger werdende Hochgeschwindigkeitsmessungen höchst relevant. Auch der Einfluss des Kraftstoffs (hier im speziellen Ethanol als Vertreter der Biokraftstoffe) auf das Fluoreszenzsignal konnte in diesem Zusammenhang untersucht werden. Diese Ergebnisse stellen eine wichtige Grundlage für die Weiterentwicklung der Tracer-basierten laserinduzierten Fluoreszenz für Multiparameter-Messungen in energietechnischen Anwendungen dar und zeigen das hohe Potential der Kurzpulsmesstechnik für diese erforderlichen grundlegenden Untersuchungen der photo-physikalischen Prozesse auf.
Publications
- Fluorescence characteristics of the fuel tracers triethylamine and trimethylamine for the investigation of fuel distribution in IC engines. Applied Optics Vol. 55, Issue 7, pp. 1551-1558 (2016)
S. Lind, S. Aßmann, L. Zigan, S. Will
(See online at https://doi.org/10.1364/AO.55.001551) - Influence of ethanol admixture on the determination of equivalence ratios in DISI engines by laser-induced fluorescence. Applied Optics Vol. 55, Issue 30, 8532-8540 (2016)
M. Storch, S. Lind, S. Will, L. Zigan
(See online at https://doi.org/10.1364/AO.55.008532) - Investigation of mixture formation in a diesel spray by tracer based laser induced fluorescence using 1-methylnaphthalene. Proceedings of the Combustion Institute 36 (2017)
S. Lind, U. Retzer, S. Will, L. Zigan
(See online at https://doi.org/10.1016/j.proci.2016.07.034)
