Laser-/Phasen-Doppler-Anemometer
Einsatz am offenen Rohrleitungsende des Gasmengenversuchsstands (GMVS)
Bei dem am Fachgebiet Fluidtechnik (FG FT) vorhandene Laser-/Phasen-Doppleranemometer (LDA/PDA) handelt es sich um das FiberFlow System der Firma Dantec. Aktuell wird das System am offenen Rohrleitungsende des Gasmengenversuchsstands (GMVS) zur Geschwindigkeitsmessung in pulsierenden Strömungen eingesetzt.
Die Laser-/Phasen-Doppler-Anemometrie ist ein berührungsloses, optisches Messverfahren, das den Doppler-Effekt zur Geschwindigkeitsmessung in Strömungen nutzt. Dazu werden Partikel in die Strömung eingebracht, an denen das vom Laser emittierte Licht reflektiert wird. Aus der Dopplerverschiebung des Streulichts können sowohl Geschwindigkeit als auch Größe der mit der Strömung transportierten Teilchen bestimmt werden.
Der hier entscheidende Vorteil gegenüber anderen Messmethoden wie bspw. Hitzdraht- oder Heißfilmsonden ist die Messung ohne Störung der Strömungsführung. Gleichzeitig ist eine hohe zeitliche und räumliche Auflösung des Strömungsfelds möglich. Das am Fachgebiet eingesetzte Zweistrahl-LDA bietet die Möglichkeit Geschwindigkeitskomponenten sowohl in Haupt- als auch Querströmungsrichtung simultan zu messen.
Die zentrale Basiseinheit des FiberFlow Systems bildet der Zweistrahl-Lasertransmitter. Dieser besteht aus dem Laser inkl. Energieversorgung, den Strahlaufteilungs- und Frequenzverschiebungsoptiken sowie den Fasermanipulatoren zur Einkopplung der Laserstrahlen in die Lichtleiter. Über die Lichtleiter werden die Strahlen zur Sonde geleitet. Hier werden die Strahlpaare zunächst aufgeweitet und anschließend zu einem Messvolumen fokussiert (siehe Abbildung 1). Die Brennweite ist dabei abhängig von der eingesetzten Fokussierlinse. Zur Auswertung des Streulichts ist ein entsprechender Prozessor (Burst Spectrum Analyzer) inklusive Software (BSA Flow) Bestandteil des Systems. Hier werden aus der Dopplerverschiebung die Geschwindigkeit und Teilchengröße bestimmt. Ein Softwareplugin bietet zudem die Möglichkeit die LDA-/PDA-Messungen über verschiedene Trigger-Kanäle mit anderen Messsystemen zu synchronisieren.
Im Idealfall ist eine Durchstrahlung des Messgebiets möglich (vergleiche Abbildung 1), so dass das Streulicht mit der PDA-Empfangssonde auf der gegenüberliegenden Seite der Laser-Sonde in Vorwärtsstreuung detektiert werden kann. Für Anwendungsfälle, die keine Durchstrahlung des Messgebiets zulassen, ist die Detektion des Streulichts auch direkt über die Laser-Sonde möglich (Rückwärtsstreuung). Hier muss jedoch auf die Bestimmung der Teilchengröße verzichtet werden.
Neben dem FiberFlow System mit PDA-Empfangssonde stehen am FG FT verschiedenen Fokussierlinsen zur Brennweitenadaption an die jeweilige Messaufgabe zur Verfügung. Zur Aufnahme und Traversierung der Laser-Sonde wird ein entsprechendes Traversensystem mit drei unabhängig verfahrbaren Achsen verwendet. Damit ist die räumliche Auflösung eines Messgebiets von ca. 900 mm x 900 mm x 900 mm möglich. Die zur Messung notwendigen Partikel können über den ebenfalls am Fachgebiet vorhandenen Seeding Generator direkt in die Strömung injiziert werden. Alternativ ist ebenfalls ein Nebelgenerator zur Strömungsvisualisierung vorhanden.
