Der ständig andauernde technische Fortschritt führt im Bereich der Mikroströmung zu einer steigenden Nachfrage von Wärmetransportlösungen und Prozessoptimierungen, die zuverlässige Messmethoden für Temperatur und Strömungsfeld erfordern. Thermoliquid crystal (TLC)-Thermographie ist eine weithin akzeptierte und häufig verwendete Technik zur Messung von Temperaturfeldern in makroskopischen Strömungen. In Kombination mit optischer Geschwindigkeitsmesstechnik, wie Particle Image Velocimetry (PIV), kann gleichzeitig sowohl die Temperatur als auch die Strömungsgeschwindigkeit für makroskopische zweidimensionale (2D) Strömungsfelder bestimmt werden. Leider erlaubt der Stand der Technik aber nicht, dass diese Methode auf mikroskopische Strömungen übertragen werden kann. Niedrige Partikeldichte, Volumenbeleuchtung und die schlechte Qualität der TLC-Partikelbilder bei großen Vergrößerungen führen zu unüberwindbaren Herausforderungen bei der Anwendung auf dreidimensionale Strömungen mit mikroskopischen Dimensionen. In den folgenden Kapiteln wird eine Kombination verschiedener Neuentwicklungen vorgestellt, die sich genau diesen Herausforderungen stellt: Das 3D-Temperaturfeld sowie das Geschwindigkeitsfeld einer Mikroströmung sollen zeitaufgelöst vermessen werden, ohne auf Mehrkamerasysteme oder Lichtschnittverfahren aus der makroskopischen Strömungsmesstechnik zurückgreifen zu können. Dieses Ziel wurde in drei Phasen erreicht: 1. TLC Thermographie musste optimiert und angepasst werden, so dass die Temperatur der einzelnen Partikel ausgewertet und über die Zeit verfolgt werden konnte. Eine Lösung von TLCMikro-Partikeln (mit einer engen Größenverteilung und ohne Verkapselung) wurde benutzt, um die Bildqualität der TLC Partikel zu verbessern. Durch eine mehrdimensionale Kalibrierung eines optimierten Parameterraums war es möglich, die Temperaturbestimmung aus der Farbinformation zu verbessern. 2. Astigmatismus Particle Tracking Velocimetry (APTV) wurde entwickelt, um die Partikel im Strömungsvolumen genau zu lokalisieren und deren Bewegung in drei Dimensionen (3D) zu folgen. 3. Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) der TLC-Partikelbilder musste soweit verbessert werden, dass es für defokussierende Methode, wie APTV, anwendbar ist, da sich die dritte Raumkoordinate in der Form der Partikelbilder verbirgt. Anstelle einer einzelnen konventionellen Hochleistungsblitzlampe wurden die Spektren verschiedener geregelter Lichtquellen über Lichtwellenleiter kombiniert. Mittels eines zirkularen Polarisationsfilters konnten die optischen Eigenschaften der chiralen nematischen Polymere ausgewertet werden. Diese Kombination machte es möglich, das Signalzu- Rausch-Verhältnis gerade so weit zu steigern, dass die gleichzeitige Anwendung von TLC-Thermografie und APTV möglich war. Somit konnte schließlich ein Demonstrationsexperiment am Beispiel einer einfachen mikroskopischen Strömung durchgeführt werden. Die 3D-Verschiebung der TLC-Partikel wurde dabei gleichzeitig mit ihrer Temperatur verfolgt. Komplexere Anwendungen waren aufgrund der aktuellen technologischen Hardware-Einschränkungen noch nicht möglich. Dennoch konnten die Fähigkeit und das Potenzial der Messtechnik demonstriert werden.    «

Der ständig andauernde technische Fortschritt führt im Bereich der Mikroströmung zu einer steigenden Nachfrage von Wärmetransportlösungen und Prozessoptimierungen, die zuverlässige Messmethoden für Temperatur und Strömungsfeld erfordern. Thermoliquid crystal (TLC)-Thermographie ist eine weithin akzeptierte und häufig verwendete Technik zur Messung von Temperaturfeldern in makroskopischen Strömungen. In Kombination mit optischer Geschwindigkeitsmesstechnik, wie Particle Image Velocimetry (PIV), k...    »