Temperature and species concentration measurements in combustion systems using timeresolved dual-broadband pure rotational coherent anti-Stokes Raman scattering (RCARS)

Die Arbeit beschreibt die Nutzung und Weiterentwicklung der Dual-Broadband-RCARS-Technik zur Temperatur- und Konzentrationsbestimmung in technisch relevanten Verbrennungssystemen. Mit Nanosekunden-Pulslasern konnte sie so unter messtechnisch schwierigen Untersuchungsbedingungen eingesetzt werden in einem hochaufgeladenen Ottomotor, in einem Flammenspraypyrolyse-Prozess zur Partikelerzeugung oder mit Hilfe einer neuentwickelnden Auswerteroutine beim Auftreten von Temperatur und Konzentrationsgradienten im Messvolumen, wie es in turbulenten Verbrennungsfeldern typisch ist. Die Nutzung kürzerer Laserpulse im Piko (ps)- oder Femto (fs)-Sekundenbereich erlaubt eine Unterdrückung störender Messeinflüsse in der Nano-Sekundentechnik, wie z. B. den des unbekannten nichtresonanten Signalanteils. So wurden die Nutzbarkeit und die Vorteile der ps-RCARS-Technik am Beispiel rußender Diffusionsflammen demonstriert, die Möglichkeit einer eindimensionalen (1D) Messwerterfassung entlang einer 12 mm langen Linie aufgezeigt und in anderer Anwendung die direkte In-situ-Bestimmung der stoßverbreiterten Ramanlinienbreiten. Mit Hilfe eines fs/ps-Hybrid-CARS-Systems war es schließlich auch möglich, innerhalb eines einzelnen Laserpulses die wichtige Linienbreiteninformation zu gewinnen.