Browsing by Author "Hussong, Joachim"

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H2 Q-Zweig CARS-Thermometrie bei hohem Druck : Untersuchungen zum Einfluss von Linienbreiten
(2002) Hussong, Joachim; Aigner, Manfred (Prof. Dr.-Ing.)
Das Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung des Einflusses der molekularen Linienbreiten auf die Genauigkeit der Temperaturbestimmung mittels Kohärenter Anti-Stokes Raman-Streuung (CARS) an H2 bei hohem Druck. Dieses Lasermessverfahren eignet sich insbesondere für die Charakterisierung der H2-O2 Verbrennung in Raketen-Modellbrennkammern. Die Temperaturgenauigkeit der CARS-Thermometrie basiert im wesentlichen auf den molekularen Linienbreiten des Indikatormoleküles. Raman-Linienbreiten beruhen bei hohem Druck auf Stoßeinflüssen der im Messvolumen vorhandenen Spezies auf das Indikatormolekül und sind darüber hinaus temperatur- und dichteabhängig. In dieser Arbeit wurde eine H2 CARS Apparatur aufgebaut, um Messungen unter bekannten und stabilen Bedingungen durchzuführen, die durch einen Konturfit der CARS-Spektren ermittelte Temperatur mit den Ergebnissen unabhängiger Referenzverfahren zu vergleichen und so die Genauigkeit des untersuchten Verfahrens zu ermitteln. Aufgrund der extremen Eigenschaften (hohe adiabatische Flammentemperatur und Flammengeschwindigkeit) von vorgemischten Hochdruck-Wasserstoff-Sauerstoff-Flammen und den daraus resultierenden technischen Beschränkungen beim Betrieb, wurden Messungen an Wasserstoff-Luft-Flammen durchgeführt. Der hier zusätzlich vorhandene Stickstoff steht dann als weiterer Temperatur-Indikator für die benötigte Referenz mittels der etablierten N2 CARS-Thermometrie zur Verfügung, ist aber auch Stoßpartner für H2 und nimmt somit Einfluss auf die Linienbreiten und die Genauigkeit von H2 CARS. Um den Einfluss des N2 auf H2 CARS separat zu bestimmen, wurden als erster Schritt Zellenmessungen (bis 50 bar) an bimolekularen Mischungen H2-N2 durchgeführt. Danach fanden Messungen (bis 15 bar) an H2-Luft Flammen in einem Hochdruckbrenner für flache, vorgemischte Flammen statt. In beiden Fällen, den Zellenmessungen und den Messungen am Brenner, wurden Übereinstimmungen der H2 CARS-Temperatur mit der Referenz von ca. 2-3% gefunden. Unter Vernachlässigung oder Änderung verschiedener Linienbreitenanteile bei der Auswertung konnte durch theoretische Studien gezeigt werden, dass der Einfluss der Linienbreiten auf die H2 CARS-Thermometrie signifikant ist. Daraus folgt aber auch, dass ein weiterer wichtiger Parameter die Gaszusammensetzung ist, da diese direkt die Linienbreitenverteilung bestimmt. Weiterführende Arbeiten müssen somit auf die gleichzeitigen Aufnahme von CARS Spektren und der Bestimmung der Gaszusammensetzung zielen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass unter Verwendung der korrekten Linienbreitenverteilung, die H2 CARS Thermometrie eine zuverlässige und genaue Methode zur Bestimmung der Temperatur bei Hochdruck-Wasserstoff-Flammen ist.