Brennverfahrensentwicklung

Strömung

Das PIV-Verfahren

Das PIV-Verfahren (Particle Image Velocimetry) ist ein berührungsloses optisches Messverfahren zur Bestimmung  von Strömungsgeschwindigkeiten in Fluiden. Bisher wurde es in der Forschung und Vorentwicklung angewendet. Dieses Verfahren wird zur Bestimmung von Strömungsfeldern eingesetzt. Die Ergebnisse werden direkt zur Visualisierung der vorliegenden Strömung verwendet, und sind zur Parametrisierung und Validierung von Simulationsmodellen geeignet. Außerdem ist es in der Lage Phänomene aufzuzeigen, die sich nur im Realbetrieb ergeben. Gerade in der Automobilindustrie ist die Simulation wegen der immer kürzeren Entwicklungszeit von neuen Fahrzeugmodellen ein wichtiges Hilfsmittel bei der Entwicklung. Im Vergleich mit anderen Messmethoden weist PIV mehrere Vorteile auf. Anders als bei dem Einsatz von Anemometern wird die Strömung nicht beeinflusst, ihr wird lediglich ein Tracer zugesetzt. Weiterhin kann mittels PIV ein zwei- oder dreidimensionales Feld aus Geschwindigkeitsvektoren bestimmt werden, während andere Verfahren sich nur dazu eignen einen einzelnen Geschwindigkeitsvektor (z.B. Laser-Doppler-Anemometrie LDA ^[2]) zu messen oder gar nur eine richtungslose Geschwindigkeitsangabe (z.B. Messblende in Rohren) zu ermitteln. Bei der PIV-Messung wird mittels einer Optik ein Laserschnitt in der zu messenden Ebene aufgespannt. Dem flüssigen oder gasförmigen Medium wird ein Tracer (Seeding) hinzugefügt. Kommen diese Tracerpartikel in den Laserschnitt, wird das Licht daran gestreut und mittels einer Kamera aufgezeichnet. Mit zwei kurz aufeinander folgenden Bildern wird mittels einer Kreuzkorrelation die Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit der Tracer bestimmt.

PIV am Serienmotor

Eine besondere Herausforderung ist die Visualisierung der Strömung im Brennraum eines befeuerten Verbrennungsmotors. Dabei sind der hohe Druck, die hohen Temperaturen, die schlechte Zugänglichkeit und die richtige Auswahl des Tracers die größten Herausforderungen. MOT hat sich auf die Messungen in befeuerten Serien- bzw. Vollmotoren spezialisiert. Hierfür kommen speziell angefertigte optische Zugänge und Endoskope zum Einsatz, welche kundenspezifisch angepasst bzw. entwickelt werden, wenn vorhandene Lösungen nicht eingesetzt werden können. Die eingesetzte MOT-Messtechnik ist in der Lage kurbelwinkel- und zyklusaufgelöst Strömungsverhalten zu detektieren. Es können damit Strömungsphänomene und Anomalien sowie Zyklusvariationen sichtbar gemacht und daraus Verbesserungslösungen erarbeitet werden.