Laseroptische Temperaturmessung in Fluiden mittels Rayleigh-Streuung
Wie der blaue Himmel in der Industrie genutzt werden kann

Mit der Beuthsoftware „Viper“ ermittelte Temperaturverteilung in einem heißen Freistrahl

Die Temperatur und die Geschwindigkeit in Gasen und Flüssigkeiten spielt eine wichtige Rolle in vielen technologischen Bereichen. Beispiele hierfür sind etwa Heißgasströmungen in Flugzeugtriebwerken oder Wasserströmungen in den Rohrleitungen von Fernwärmenetzen. Um die Effizienz derartiger Aggregate und Anlagen zu steigern, ist es notwendig, möglichst genaue Informationen über die räumliche Verteilung von Temperatur, Geschwindigkeit und Druck innerhalb des jeweiligen Strömungssystems zu erhalten. 

In einem Kooperationsprojekt mit den mittelständischen Laserfirmen ILA R&D, Optolution sowie dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelte die Beuth Hochschule für Technik ein neuartiges Messsystem. Die Grundlage hierfür bildet die Rayleighstreuung, welche auftritt, wenn ein Gas oder eine Flüssigkeit von Licht durchstrahlt wird. Aus dem Alltag ist die Rayleighstreuung bekannt, denn sie ist für die blaue Farbe des Himmels verantwortlich. Bestrahlt man ein Fluidvolumen mit Laserlicht und vermisst man das rückgestreute Rayleighlicht spektral genau, so lassen sich aus ihm Informationen über Temperatur, Geschwindigkeit und Druck erschließen.

Innerhalb des Projektes befasste sich die Beuth Hochschule mit der Modellierung der Rayleighstreuung und mit der Entwicklung einer Auswertesoftware namens „Viper“. Namensgeber ist eine Schlangenart, die in der Lage ist, Temperaturen flächig zu „sehen“. Die Abbildung zeigt ein Ergebnis dieser Software. Die Lichtschnittbilder, die der Auswertung zugrunde liegen, stammen vom Kooperationspartner DLR.

Das Kooperationsprojekt wurde vom BMWi im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) gefördert. Ein Nachfolgeprojekt zur optischen Messung von Temperatur in Wasser ist 2018 gestartet.

Autoren: Prof. Dr. Ingo Röhle, Prof. Dr. Werner Jürgens

IRoehle@Beuth-Hochschule.de