Dreidimensional Temperatur- und Geschwindigkeitsmessung in Fluiden unter Verwendung Thermographischer Phosphore als Tracer-Partikel

Turbulente Strömungen sind von Natur aus dreidimensional. Im Laufe des letzten Jahrzehnts hat die Entwicklung der Tomographischen Particle Image Velocimetry (PIV) dreidimensionale Geschwindigkeitsmessungen ermöglicht, wodurch erhebliche Fortschritte im Verständnis turbulenter Strömungsstrukturen erzielt werden konnten. In vielen Wärmeübertragungsprozessen - unabhängig davon, ob sie natürlichen Ursprungs sind (z.B. freie Konvektion) oder induziert werden, um die Effizienz verschiedener Geräte (z.B. Gasturbinen und elektronische Schaltungen) zu verbessern - ist die alleinige Kenntnis des Geschwindigkeitsfeldes zur eindeutigen Beschreibung der Strömung nicht ausreichend. Vielmehr werden simultane Temperaturmessungen benötigt. Dieses Projekt stellt ein neues Konzept für simultane dreidimensionale Temperatur- und Geschwindigkeitsmessungen vor. Das Messkonzept basiert auf der Kombination Thermographischer Phosphore mit dreidimensionalen, partikelbasierten Geschwindigkeitsmesstechniken.

Three-dimensional temperature and velocity measurements in fluids using thermographic phosphor tracer particles

Turbulent flows are inherently 3-dimensional. Over the past decade, the development of Tomographic Particle Image Velocimetry (PIV) has enabled three-dimensional velocity measurements, thereby facilitating tremendous progress in the understanding of turbulent flow structures. In many turbulent heat transfer processes, whether naturally occurring (e.g., natural convection in the ocean, atmosphere or mantle) or induced to improve the efficiency or reliability of devices (e.g., gas turbines and electronic circuits), knowledge of the velocity field alone is insufficient to unambiguously describe the flow, and simultaneous temperature measurements are highly desirable. This project proposes a novel concept for simultaneous three-dimensional temperature and velocity measurements based on combining thermographic phosphor particles with 3-dimensional particle-based velocimetry techniques. Unlike the three-dimensional scalar measurement concept based on tomographic reconstruction of volumetric signals from multiple views, here the temperature of individual micron-size thermographic phosphor particles is probed.