Aufklärung photophysikalischer Vorgänge als Grundlage zur quantitativen bildgebenden Untersuchung von Gas-Mischungsprozessen mit Tracer-LIF-Verfahren

• Antragsteller: Professor Dr. Christof Schulz
• Fachliche Zuordnung: Energieverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 281747438

Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Verbesserung des photophysikalischen Verständnisses der molekularen Fluoreszenz organischer Tracer(paare) sowie die Charakterisierung der Fluoreszenzeigenschaften in einem erweiterten Parameterbereich (bzgl. Temperatur, Druck, Gaszusammensetzung) und das Sammeln und Bereitstellen der Daten in einer Web-Datenbank (TracerSim). Die quantitative zeit- und ortsaufgelöste Beobachtung von Mischungsprozessen in der Gasphase ist beispielsweise für die Optimierung von Gasphasensynthesen oder motorischer Brennverfahren von zentraler Bedeutung. Organische Moleküle werden hierbei häufig als Fluoreszenztracer in bildgebenden Methoden (Tracer-Laser-induzierte Fluoreszenz, Tracer-LIF) genutzt, um die quantitativen Informationen von Interesse (z.B. Temperatur oder Mischungsgüte) zu ermitteln, da die Fluoreszenzeigenschaften empfindlich von den Umgebungsbedingungen abhängen. Die hier im Forschungsprojekt angestrebten Erkenntnisse ermöglichen dann durch ein besseres Verständnis der Photophysik die gezielte Verbesserung der diagnostischen Fluoreszenzmethoden. Hierzu wird in der hier beantragten zweiten Förderperiode der Schwerpunkt auf folgende Themen gelegt:a) In der Vergangenheit wurden zur simultanen Bestimmung von mehreren Parametern (z.B. die Verteilung unterschiedlicher Siedeklassen eines Multikomponenten-Kraftstoffs) in Mischungen zwei oder mehr Tracern eingesetzt. Dabei wurde mehrfach festgestellt, dass die Interaktion der angeregten Moleküle nicht ausreichend bekannt ist, um die gemessenen Signalintensitäten fehlerfrei interpretieren zu können. Nun soll diese Verständnislücke geschlossen werden, indem die Tracer-Tracer-Interaktion unter kontrollierten Bedingungen charakterisiert und modelliert wird. Darüber hinaus werden die für die Diagnostik wichtigen Erkenntnisse zum Selbstquenching und zum Einfluss der Anregungswellenlänge aus der ersten Periode anhand weiterer für die praktische Anwendung relevanter Tracer validiert. b) Die in der ersten Förderperiode ermittelten Fluoreszenzeigenschaften sowie Daten weiterer noch zu vermessender Tracer werden in der bereits teilweise aufgebauten Web-basierten TracerSim-Datenbank eingepflegt. Hierdurch wird die Nutzbarkeit der gesammelten Spektren erleichtert und langfristig zur weiteren Verbreitung und Verbesserung von Tracer-LIF beigetragen.c) Die gewonnenen Erkenntnisse werden in etablierte photophysikalische Modelle für die Beschreibung der Fluoreszenzquantenausbeute einfließen, um die Vorhersagen der Modelle zu verbessern und um ihre Anwendbarkeit zur quantitativen Signal-Interpretation auf weitere Spezies zu erweitern. Die Modelle werden in der TracerSim-Datenbank zur Inter- und Extrapolation integriert werden und um die Lücke zur praktischen Anwendung zu schließen, durch eine Auswertungsplattform für Tracer-LIF-Experimente ergänzt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Torsten Endres