Nichtlineare optische Spektroskopie zur Diagnostik von Verbrennungsvorgängen

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Die vorliegende Arbeit beschreibt die Weiterentwicklung und Anwendung nichtlinearer optischer Spektroskopieverfahren in der Verbrennungstechnik. Es werden drei spezielle Messtechniken behandelt: kohärente anti-Stokes Raman-Streuung (CARS), laser-induzierte Gitter-Technik (LIG) und Laser-Polarisations-Spektroskopie (PS). Die CARS-Spektroskopie wurde erstmals mit linearer Raman-Spektroskopie kombiniert, was die gleichzeitige Bestimmung der Gasphasentemperatur und der Konzentrationen aller Hauptspezies ermöglichte. Diese Methode wurde verwendet, um die Brennstoffpyrolyse in einer teilvorgemischten Ethen-Luft-Flamme und die Gemischbildung bei Flüssigpropan-Einspritzung zu untersuchen. Dabei wurde die Verdampfungskühlung in einem Flüssiggasspray mit hoher Tropfendichte bestimmt. Die LIG-Technik ermöglichte die Untersuchung des Gemischbildungsprozesses bei der Einblasung von Propangas in Luft, wobei der zeitliche Verlauf der Luftzahl lokal bestimmt wurde. Neue Auswertemethoden machten aufwendige theoretische Berechnungen überflüssig. Die PS-Technik wurde zur Detektion von CH im UV- und C2H2 im IR-Spektralbereich weiterentwickelt, wobei molekularphysikalische Effekte wie Linienverbreiterung und Quenching untersucht wurden. Zudem wurde die Anwendbarkeit der PS-Technik zur Bestimmung der OH-Verteilung und Temperatur in einer teilvorgemischten Methan/Luft-Flamme demonstriert, was die typische Struktur zweier Flammenfronten zeigte.