Dr.-Ing. Fabian Hagen
M.Sc. Sebastian Knapp

Studierende des Chemieingenieurwesens/Verfahrenstechnik, des Maschinenbaus, der Physik oder Chemie mit Freude an experimenteller Arbeit. Kenntnisse in optischer Messtechnik und/oder Datenanalyse können den Einstieg in die Arbeit erleichtern, sind aber nicht zwingend erforderlich.

Ort: CS

Motivation:

Die Kenntnis der Oberflächentemperatur von gekühlten und/oder geheizten Bauteilen ist für eine Vielzahl an instationären Phänomemen von großer Relevanz. Die Messgröße beeinflusst wesentlich den Phasenwechsel von Stoffen, indem sie beispielsweise die Kondensation der Gasphase initiiert, die die Oberfläche überströmt. Des Weiteren bestimmt die Oberflächentemperatur, ob kondensierte Tröpfchen auf den Bauteiloberflächen verdampfen oder ob es zu chemischen Reaktionen kommt, wie beispielsweise Polymerisationen. Diese Erkenntnisse sind insbesondere in verfahrenstechnischen Anwendungen von hoher Bedeutung, da sie die Grundlage für die Optimierung von Prozessen und die Vermeidung potenzieller Schadensbilder bilden. Eine präzise, berührungslose und zeitaufgelöste Messung dieser Oberflächentemperaturen ist daher unerlässlich, um eine effiziente und zuverlässige Betriebsführung zu gewährleisten.

Aufgabenstellung:

In dieser Masterarbeit, die in Kooperation mit dem Institut für Kolbenmaschinen durchgeführt wird, sollen thermographische Phosphore zur berührungslosen und zeitaufgelösten Ermittlung von gasphasenseitigen Bauteiltemperaturen eingesetzt werden. Das Prinzip der Phosphorthermometrie beruht auf der Phosphoreszenz, die wiederum auf temperaturabhängige interne Energietransferprozesse zurückzuführen ist. Durch Bestrahlung phosphordotierter Oberflächen mit hochenergetischem, ultraviolettem Laserlicht kann Phosphoreszenz gezielt angeregt werden. Die Abklingdauer des resultierenden Strahlungsprozess ist temperaturabhängig und kann somit zur Temperaturbestimmung herangezogen werden.

Die Arbeit untergliedert sich in vier Arbeitspakete. Zuerst ist eine Literaturrecherche zum Messprinzip und zum Stand der Technik durchzuführen. Anschließend gilt es ein generisches Phosphorthermometrie-Experiment zu designen und aufzubauen, mit dem Kalibrierkurven aufgezeichnet und Parametervariationen durchgeführt werden können. Den Abschluss der experimentellen Arbeit bildet die berührungslose und zeitaufgelöste Bestimmung der Bauteiloberflächentemperatur bei einer motorischen Anwendung. Der letzte Aufgabenteil umfasst die Erstellung von Auswerteroutinen sowie die Auswertung der Messergebnisse.

Aufgabensteller:

Prof. Dr.-Ing. Dimosthenis Trimis