Untersuchung der Probenahmebedingungen für die Überwachung von Abluft

Kurzfassung

Ziel der hier vorgestellten Untersuchung ist es, in einer komplexen Kanalströmung in einem 1:10 Modell eines Bergwerkabwetterkanals in einem vorgegebenen Schnitt die Partikelverteilung (räumliche Partikeldichte) zu erfassen. Hier wird eine berührungslose, optische, zweidimensionale Ganzfeldmessung vorgestellt. Der experimentelle Aufbau umfaßt einen Partikelgenerator, einen optischen Aufbau zur Sichtbarmachung der Partikelverteilung sowie Computerhardware für die Digitalisierung der Videosignale und die digitale Bildverarbeitung. Der Partikelgenerator ermöglicht die Zugabe fester Teilchen mit einem Durchmesser von bis zu 100µm. Bei dem verwendeten optischen Aufbau zur Strömungssichtbarmachung handelt es sich um eine Laser-Lichtschnitt Optik. Die Partikel wurden am Einlauf des Modellkanals punktförmig zugegeben. Der Lichtschnitt wurde mittels einer Video-Kamera beobachtet. Die so gewonnenen Aufnahmen wurden mittels digitaler Bildverarbeitung ausgewertet. Die Strömungsgeschwindigkeit betrug 13 m/s. Die Belichtungszeit der Einzelaufnahmen betrug 40 ms. Die betrachtete Meßebene befand sich 12 cm stromauf vom Auslauf des Modells. Aus der Untersuchung des Verhaltens verschiedener monodisperser Teilchenverteilungen in der Modellströmung ergeben sich folgende experimentelle Resultate: Für alle verwendeten Partikelgrößenklassen zeigt sich für Einzelaufnahmen eine relativ gleichmäßige Partikelverteilung. Wird nun über mehrere Aufnahmen gemittelt, so ergibt sich eine homogene räumliche Verteilung innerhalb der betrachteten Meßebene. Abbildung 1 zeigt eine über 30 Einzelbilder gemittelte Partikelverteilung für Partikel mit einem Durchmesser von 18µm. Die Integrationszeit betrug hierbei 1,2s. Auch für die eingesetzten Partikel mit einem Durchmesser von 30µm zeigt sich keine Inhomogenität der räumlichen Partikeldichte innerhalb der Meßebene, obwohl diese Teilchen der Strömung nur unzureichend zu folgen vermögen. Wird nun die Position des Partikelgenerators innerhalb des Einlaufs des Modells variiert, d.h. von der Mitte des Einlaufquerschnittes des Modellkanals an die Ränder des Einlaufs, so zeigt sich keine Änderung der Ergebnisse. Die Partikelverteilung bleibt auch in diesem Fall für alle betrachteten Teilchengrößen innerhalb der untersuchten Meßebene homogen. Das bedeutet, daß bei der Bewertung der Strömung in der Großausführung die Partikelgröße nicht berücksichtigt werden muß. Es wurde eine Methode zur berührungslosen Bestimmung der relativen Partikelkonzentration in einer turbulenten, partikelbeladenen Strömung vorgestellt. Für die vorliegende Strömung konnte gezeigt werden, daß sich für alle betrachteten Partikelgrößenklassen eine homogene räumliche Verteilung in der Meßebene einstellt. Diese Verteilung ist unabhängig von der Wahl der Zugabeposition der Teilchen am Einlauf des Modellkanals.