Darstellung von Siedevorgängen mittels High Speed optischer Kohärenztomografie
Siedevorgänge sind effiziente Wärmetransportprozesse mit einem breiten Anwendungsbereich in industrietechnischen Anlagen. Zur Steigerung der Effizienz und Sicherheit werden häufig numerische Simulationsverfahren eingesetzt. Für die Weiterentwicklung und Validierung entsprechender CFD-Modelle (Computational Fluid Dynamics) werden aussagekräftige Vergleichsexperimente benötigt. Die Visualisierung dynamischer Siedeprozesse erfordert dabei hohe Anforderungen an die räumliche und zeitliche Auflösung der eingesetzten Messtechnik.
Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Verbundprojekts „Modellierung, Simulation und Experimente zu Siedevorgängen in Druckwasserreaktoren“ (2009 - 2013) wurde die optische Kohärenztomografie (OCT) als innovatives Bildgebungsverfahren für die Bildgebung von Siedeprozessen weiterentwickelt.
Die High Speed OCT eignet sich besonders zur Untersuchung kleinskaliger Siedeprozesse und ermöglicht die zweidimensionale Darstellung der Geometrie kleinster Dampfblasen (bis 2 mm Durchmesser) mit hoher zeitlicher Auflösung während des Entstehens, des Wachsens und des Ablösens der Dampfblasen. Mittels Doppler-OCT können die Strömungsverhältnisse in der Umgebung der Dampfblasen simultan untersucht werden. Durch die OCT-Messung in Rückreflexion ergeben sich messtechnische Vorteile, wodurch eine detailgetreuere und störungsfreiere Bildgebung als mit anderen Messverfahren möglich wird.
Die OCT-Aufnahme (Video) zeigt Blasensieden auf einer beheizten Oberfläche (vertikale Linie links im Bild) mit einer Zeitauflösung von 238 Schnittbildern pro Sekunde (verlangsamt wiedergegeben). Für die OCT-Bildgebung wurde ein spezielles Fenster verwendet, welches an der Innenseite mit einer optisch transparenten und elektrisch leitfähigen Indiumzinnoxid-Schicht versehen ist, sodass dieses Fenster beheizt werden kann und zeitgleich eine Bildgebung aus Richtung des Blasenfußes (im Video von links) möglich ist. Die Dampfblasen sind als dunkle Halbkreise an der beheizten Wand zu erkennen. Die simultan gemessene horizontale Komponente der Fluidgeschwindigkeit ist farbkodiert dargestellt.
Förderung
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF - 03NUK010I), 2009 - 2013
Kooperationen
Hochschule Zittau/Görlitz, Institut für Prozesstechnik, Prozessautomatisierung und Messtechnik
Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf
Kontakt
© Julia Walther, KSM
Mr Dr. rer. nat. Lars Kirsten
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Clinical Sensoring and Monitoring
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