Phasen-Doppler-Anemometer – PDA. Sprays hoch auflösend in 3-D messen

Das Phasen-Doppler-Anemometer, auch kurz PDA genannt, kommt dort zum Einsatz, wo die spezifischen Sprayeigenschaften an einer Düse den Einsatz des Laserbeugungsspektrometers nicht mehr zulassen. Wenn also beispielsweise hervorgerufen durch große zu zerstäubende Volumenströme die Spraydichte hoch ist. Oder wenn der Sprühwinkel sehr groß ist. Und natürlich immer dann, wenn neben den Tropfengrößen noch die jeweiligen Tropfengeschwindigkeiten von Interesse sind.

Messungen mit dem Phasen-Doppler-Anemometer sind im Gegensatz zum Laserbeugungsspektrometer sogenannte lokale Messverfahren. Es wird also nicht ein ganzes Messvolumen quasi integral in einem Messvorgang ausgewertet. Wie es beim Laserbeugungsspektrometer der Fall ist. Vielmehr lassen sich bestimmte und definierte Punkte in einem Spray genau untersuchen. Dieses ermöglicht es somit, das gesamte Spray eingehend und punktuell zu analysieren.

In Verbindung mit den Geschwindigkeitsvektoren der Tropfen lassen sich unerwünschte Rezirkulationen im Spray ermitteln. Ebenso wie Totwassergebiete. Das ist insbesondere im Bereich der Pharma- und Nahrungsmittel-Industrie sehr wichtig!

Das Phasen-Doppler-Anemometer PDA im Versuchsstand

3-D Phasen-Doppler-Anemometer - PDA. Sprayeigenschaften an Düsen und Zerstäubern hoch auflösend in 3-D messen.

Durch den Einsatz vorhandener und PC gesteuerter Traversiereinrichtungen in unserem Spraylabor lässt sich das Spray einer Düse oder eines beliebigen Zerstäubers punktuell und vollständig vermessen. In 3-D und somit hoch auflösend! Gerade für  Verbrennungsvorgänge, Stoff- und Wärmeübergangsprozesse sowie Strömungsoptimierungen ein enormen Vorteil!

Detailliertere Informationen zu den Eigenschaften von Sprays und mehrphasigen Strömungen sind wohl kaum zu erhalten. Daher kann das Phasen-Doppler-Anomemeter durchaus als Königs-Klasse im Bereich der Spraymesstechnik bezeichnet werden.

In Kombination mit den vorhandenen und flexiblen Versuchsständen für Düsen und Zerstäuber lassen sich mit dieser speziellen Spraymesstechnik selbst komplexe Zerstäubungsvorgänge reproduzierbar eruieren und optimieren.

Unser Tipp: Geschwindigkeitsverteilungen lassen sich mit dem Laser-Doppler-Anemometer ermitteln!

Liegen bereits die erforderlichen Informationen zu den Tropfengrößen vor oder spielen diese keine Rolle, können die Geschwindigkeiten von Tropfen kostengünstig mit dem verfügbaren Laser-Doppler-Anemometer, LDA, gemessen werden. Diese Messmethode eignet sich auch dazu, Strömungen in Rohrleitungen oder Behältern zu untersuchen.

Das Phasen-Doppler-Anemometer PDA als ergänzendes Werkzeug zu CFD-Berechnungen!

Aufgrund der Tatsache, dass mit dem Phasen-Doppler-Anemometer in höchster Auflösung sowie in 3-D die erforderlichen Messdaten ermittelt werden können, natürlich berührungs- und beeinflussungsfrei, stellt diese Messmethode zudem eine hervorragende Ergänzung zu numerischen Strömungsberechnungen, CFD, dar.

Ergebnisse aus CFD-Berechnungen sollten unbedingt verifiziert werden. Hierzu kann selbstverständlich das PDA genutzt werden. Besonders interessant sind PDA-Messungen natürlich, wenn für CFD-Berechnungen verlässliche Eingangsgrößen gefordert sind. Dieses ist bei Optimierungen im Bereich des Stoff- und Wärmeüberganges häufig der Fall. Typische Beispiele sind das Kühlen von Gasen oder Oberflächen sowie Stoffübergangsprozesse in der chemischen Industrie.

Messungen mit dem Phasen-Doppler-Anemometer vor Ort.

Sofern es für bestimmte Aufgabenstellungen nicht erforderlich ist PDA-Messungen in 3-D durchzuführen, können diese nach Klärung der technischen Gegebenheiten gegebenenfalls auch vor Ort, also in Ihrem Hause, realisiert werden. Hierzu setzen wir in Kooperation mit einem Partner ein innovatives Messverfahren ein , welches Tropfengrößen als auch deren Geschwindigkeiten simultan in 1-D ermittelt. In einem Messdurchgang können somit die gewünschten Daten in einer der Richtungen x,y oder z aufgenommen werden.   

Eine wesentliche Voraussetzung für PDA- sowie LDA-Messungen ist natürlich immer einen guten optische Zugang zu den gewünschten Messorten. Dieses einfach aufgrund der Tatsache, dass es sich um ein optisches Messverfahren handelt und die Laserstrahlen den definierten Messort erreichen müssen. Es ist allerdings grundsätzlich möglich, durch Glas und PMMA (Plexiglas) hindurch zu messen.

Das bedeutet also, dass auch Sprays und Tröpfchen sowie deren Geschwindigkeiten in Leitungen oder Apparaten vermessen werden können. Hierzu bedarf es jedoch unbedingt einer eingehenden Erörterung der realen Messsituation.

Aufwand und Kosten für Messungen mit dem Phasen-Doppler-Anemometer

Mit dem Phasen-Doppler-Anemometer PDA Tropfengrößen und Geschwindigkeiten im Spray einer Düse messen.

Naturgemäß stellt der Einsatz eines 3-D Phasen-Doppler-Anemometers einen gewissen technischen Aufwand da. Dieser ist deutlich höher als beispielsweise bei der Laserbeugungsspektrometrie. Alleine das Auswerten der Rohdaten aus den Messungen sowie die Prüfung der Messergebnisse auf Plausibilität ist verhältnismäßig aufwendig. Hierzu bedarf es hoch qualifizierter Ingenieure oder Physiker, die selbstverständlich zur Verfügung stehen.

Dennoch lohnt sich für bestimmte Anwendungen ausdrücklich der Einsatz dieser Technologie, da sich die im Vergleich zur Laserbeugungsspektrometrie höheren Investitionskosten für das Anwenden dieser Methode rasch armotisieren.

Beratung zum Einsatz des Phasen-Doppler-Anemometers sowie alternativer Messmethoden

Die Wahl des geeigneten Messverfahrens hängt von einer Vielzahl an Aspekten ab, die unbedingt zu berücksichtigen sind. Denn nicht immer eignen sich alle verfügbaren Messtechniken für jede gestellte Aufgabe. Außerdem sind natürlich die unterschiedlichen Kosten für die Messmethoden zu berücksichtigen!

Daher beraten Sie unsere Spezialisten hinsichtlich der Möglichkeiten und Grenzen verschiedener Spraymessverfahren und schlagen Ihnen zudem weitere alternative Methoden vor, wenn diese sinnvoll und kostengünstiger sind. So kommen für spezielle Anwendungen gegebenenfalls alternative Methoden wie die Particle Image Velocimetry, kurz PIV genannt, in Betracht. 

Selbst wenn Sie nicht nur die Partikel- beziehungsweise Tropfengrößen und deren Geschwindigkeiten in einem Strömungsfeld ermitteln möchten, sondern zudem Temperaturfelder eine wichtige Rolle spielen, können wir Ihnen weiter helfen! Wir verfügen über ein spezielles Know-how im Bereich der Temperaturfeldanalysen durch den Einsatz von Flüssigkristallen.

Näheres zu dieser interessanten Technologie der Temperaturfeldanalysen mit Flüssigkristallen finden Sie in unserer Fachpublikation.

Die Hotline der IBR Zerstäubungstechnik GmbH berät Sie umfassend zur Phasen-Doppler-Anemometrie

Hotline: +49 251 2 87 99 53-0

 

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