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Das Phasen Doppler Anemometer hat einen sehr großen dynamischen Bereich von Mikrometer bis zu Millimetergröße der zu erfassenden Partikeln. Partikelgrößenmessungen sind auf vielen Gebieten der angewandten Wissenschaften und Ingenieurtechnik von Bedeutung. Bei der Entwicklung von Brennstoffzerstäuberdüsen beispielsweise oder der Untersuchung von Verbrennungsvorgängen, der Kavitationsforschung als auch der Partikelüberwachung besteht die Notwendigkeit zur störungsfreien, messtechnischen Erfassung der Partikeldynamik, worunter das gleichzeitige Messen der Größe und Geschwindigkeit von Partikeln verstanden sein soll. Dabei sind hohe zeitliche und räumliche Auflösungen gefragt. Ein Gerät, das eine solche messtechnische Erfassung der Partikeldynamik ermöglicht, ist das sogenannte Phasen Doppler Anemometer (PDA), das eine Reihe von Vorteilen bietet. Es hat einen sehr großen dynamischen Bereich von Mikrometer bis zu Millimetergröße der zu erfassenden Partikeln, eine hohe Genauigkeit, keine Notwendigkeit für eine Kalibrierung mit Partikeln bekannter Größe und eine große Unempfindlichkeit gegenüber optischen Störungen. Die Arbeitsweise dieses Partikelmessgerätes soll im Folgenden skizziert werden. Die Phasen-Doppler-Anemometrie nutzt die zusätzliche, in der Phasenlage des Streulichtes enthaltene Information über die Partikelgröße aus. Ähnlich wie beim LDV kann die Arbeitsweise anhand eines einfachen Interferenzstreifenmodells erläutert werden. Beim LDV wird generell ein Photodetektor bzw. Photomultiplier zur Signalerfassung eingesetzt. Ein Phasen Doppler Anemometer hingegen benutzt mehrere Photodetektoren. Die Abbildung zeigt die Situation eines Teilchens in dem Messvolumen der sich kreuzenden Laserstrahlen bei Vorhandensein zweier angular versetzter Photodetektoren. Die Frequenz der beiden Signale ist gleich, allerdings unterscheiden sich die Signalphasenlagen. Die Detektoren empfangen also Doppler-Signale gleicher Frequenz und unterschiedlicher Phase beim Durchlaufen des Teilchens durch das Messvolumen, da sie relativ zum Teilchen unterschiedlich positioniert sind. Die Frequenz enthält die Informationen über die Teilchengeschwindigkeit. Gleichfalls besteht eine lineare Beziehung zwischen dem Teilchendurchmesser und der Phase, so dass Teilchengeschwindigkeit- und Durchmesser aus den bekannten Größen der Frequenz und der Phase gewonnen werden können. Das optisch/mechanische System desPhasen Doppler Anemometer besteht aus einem Laser, den Sende- und Empfangseinheiten sowie einer optischen Bank. Die Auswahl des Lasers hängt von der Partikelgröße, dem Geschwindigkeitsbereich und Messabstand sowie der optischen Zugängigkeit des Messvolumens ab. Die Empfangsoptik ist integral aufgebaut und enthält im Allgemeinen drei Photomultiplier aus Gründen der o. g. Probleme. Der Signalprozessor beruht auf einer Anwendung von Korrelationsfunktionen, die eine genaue Messung der Frequenz und Phase von Doppler-Signalen gestattet. Das Phasen Doppler Anemometer zur Messung von Partikelgrößen wird in unserem Technikum zur optimalen Entwicklung von Partikelabscheidern und Zyklonabscheidern eingesetzt. Auch in Bereichen wie Gasreinigung oder Umwelttechnik findet das Phasen-Doppler-Anemometer Anwendung und kann zu einer Optimierung führen. Eine weitere Anwendung liegt in der Spray- und Zerstäubungstechnik, wo die Sprayanalyse im Vordergrund steht (siehe Sprayanalyse). Unsere Experten sowie unser Technikum stehen Ihnen für Fragen gerne jederzeit zur Verfügung.

Im Technikum der Suvis GmbH existiert ein Zyklon-Versuchsstand über einer horizontalen Messstrecke. In einem laufenden Projekt werden Abscheidevorgänge in Fliehkraftabscheidern untersucht. Bei der Untersuchung der Prozesse in Partikelabscheidern begrenzt sich die Aufmerksamkeit anderer Autoren im Allgemeinen auf den Zykloninnenraum, welcher inzwischen gut erforscht ist. Bisher nicht untersucht wurden die Austauschvorgänge zwischen dem Zykloninnenraum und dem Zyklonbunker. In diesem Bereich befindet sich der so genannte Apexkegel (siehe Abbildung). Die Unkenntnis über diesen Bereich zeigt sich auch darin, dass es für den Apexkegel keine Auslegungsvorschriften nach DIN gibt, ganz im Gegenteil zu anderen Zyklonbauteilen. Damit stellt sich die Aufgabe, die Strömungs- und Austauschvorgänge im Apexkegel zu untersuchen und für die Anwendung zu optimieren. Diese wurden auch simuliert mittels der numerischen Simulation CFD. Dabei wurde die Large-Eddy-Simulation LES angewendet. Im Technikum der Suvis GmbH wurde ein modularer Zyklonversuchsstand konzipiert und als Erweiterung zur bestehenden vertikalen Staubmessstrecke aufgebaut. Der gesamte Versuchsstand ist so ausgelegt, dass die vorhandene Technik des horizontalen Staubkanals optimal genutzt werden kann (siehe Abbildung). Der gesamte benötigte Stahlbau wurde aus zerleg- und wiederverwendbaren Elementen aufgebaut. Die Strömungsführung wurde, bis auf wenige Anpassteile, mit dem Ziel einer größtmöglichen Flexibilität mit Standardkomponenten ausgeführt. Die wichtigen Bereiche des Zyklons sind direkt zugänglich. Es sind ohne großen Aufwand Zyklone verschiedener Größe einbaubar. Dabei wurde in Abstimmung mit möglichen Interessenten darauf geachtet, dass relevante industrielle Einsatzfälle abgedeckt werden können. Für die Untersuchungen wurde ein modular aufgebauter Zyklon entwickelt und gefertigt. Er ermöglicht die schnelle Reinigung beim Wechsel der Abscheidegüter. Des Weiteren sind in alle Elemente Fenster und Messstellen einbringbar. Dies ermöglicht den Zugang mit allen relevanten an der Suvis GmbH vorhandenen Messtechniken. Der Apexkegel ermöglicht durch einen Aufbau mit verstellbaren Spiegeln und Fenstern den optischen Zugang zum Apexspalt. Damit werden erstmalig direkte Messungen in dieser wichtigen Region von Zyklonen möglich. Auslegungsdaten: Durchsatz 0,208 m3/s Drucksprung 4,820 Pa Beladung 0,0003 Grenzkorngröße 1,5 µm Untersuchungen am Zyklonversuchsstand Nach der Inbetriebnahme des Versuchsstandes wurden die notwendigen Messstellen wie Temperatur- und Druckmessstellen sowie die Messstellen der Partikelgrößenverteilungen installiert. Weiterhin wurde in einer Messkampagne sichergestellt, dass die Einlaufströmung in den Zyklon einer ausgebildeten Rohrströmung mit den in technischen Anwendungen üblichen Turbulenzgraden entspricht. Weitere Untersuchungen zur Optimierung der Anordnung des Apexkegels befinden sich in Vorbereitung. Als Kriterium wird der Abscheidegrad des Zyklons, bestimmt über die Partikelgrößenverteilungen im Roh- und Reingas, verwendet. Hierzu wird der Zyklon im Auslegungspunkt mit einer geringen Partikelbeladung betrieben. Für weitere Informationen oder eine kostenlose Beratung zum Thema Zyklonabscheider, Partikelabscheider oder numerische Simulation CFD stehen Ihnen unsere Experten Professor Dr.-Ing. habil. Günter Wozniak und Dipl.-Phys. Gernot Trommer gerne zur Verfügung.

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