Data for: Measurement of species concentration and estimation of temperature in the wake of evaporating n-heptane droplets at trans-critical conditions

Die vorliegenden Experimente dienen einem besseren Verständnis von Zweiphasenverdampfung und dazugehörigen Phänomenen unter erhöhtem Druck und Temperaturen. Der zu Grunde liegende Messaufbau nutzt eine Druckkammer mit Einlässen für Gas- und Flüssigstoffe, um Tropfen in einer temperatur- und druckkontrollierten Gasphasenumgebung fallen zu lassen. Die Kammer wird dabei durchflossen betrieben, das bedeutet, dass immer ein Gasstrom existiert, der die Umgebungsatmosphäre erneuert. Dadurch wird eine Sättigung der Umgebung durch die verdampfenden Tropfen verhindert. Vier mit Quarzgläsern versehene optische Zugänge, jeweils 90° zueinander im Kreuz angeordnet, erlauben das Einstrahlen von Laserlicht und Aufnehmen mit Kameras. Der Tropfen selbst wird in ein zylindrisches Mischplenum fallen gelassen, in dem er entweder auf reine gasförmige Stoffe (wie z.B. Stickstoff) oder bereits vor gemischte Dampfphasen trifft. Der hierzu notwendige Druck wird mithilfe einer Hochdruckdosierpumpe bzw. einen Membranbalg aufgebaut. Die Flüssigkeit wird anschließend durch einen Ölbad temperierten Injektor, an dessen Ende sich eine Kapillare befindet an der der Tropfen sich bildet, gedrückt. Mit Hilfe einer elektrostatischen Ablösevorrichtung erfolgt eine kontrolliere Ablösung des Tropfens von der Kapillare. Hierfür werden in Epoxidharz gegossene Zündkerzen verwendet, die mit Hochspannung beaufschlagt werden und zusammen mit der Kapillare einen Dipol bilden. Je nach Art der Flüssigkeit, z.B. Polarität oder innerer elektrischer Leitfähigkeit, können verschieden hohe Kräfte auf den Tropfen aufgebracht werden. Dies führt zur kontrollierten und reproduzierbaren Ablösung des Tropfens. Eine neue Version der Druckzelle am ITLR Stuttgart ist im Aufbau. Diese Zelle wird Drücke bis 80 bar und Temperaturen bis 700 Kelvin aushalten, eine Verbesserung gegenüber den jetzt möglichen 60 bar und 570 Kelvin. Zweidimensionale Ramanspektroskopie wurde an einem binären n-Heptan Stickstoffsystem durchgeführt. Dabei sollten quantitative Daten über die Tropenverdampfung an einem fallenden Tropfen gewonnen werden. Ein 532 nm Nd:YAG Laser wird hierfür zu einem 80 µm dicken Lichtschnitt umgeformt und über den fallenden Tropfen geschossen. Das resultierende Ramanstreulicht wird aufgefangen und spektral in zwei Kanäle unterteilt, welche jeweils mit einer Kamera aufgenommen werden. Durch ratiometrische Verarbeitung der Heptan und Stickstoffsignale lassen sich so Rückschlüsse auf die lokale Stoffkonzentration in dem Bildschnitt schließen. Dabei dient der Stickstoffkanal z.B. als Referenz der Einstrahlungsenergie und der lokalen Teilchenanzahldichte. Mehr Details zu dem Experiment und der Messtechnik finden sich in der folgenden Veröffentlichung des SFBs doi: 10.1016/j.proci.2016.07.037.

本实验旨在深入理解在高压和高温条件下两相蒸汽化的机理及其相关现象。实验所采用的测量装置为一套配备有气体和液体导入管的密闭容器，旨在在一个温度和压力均得到精确控制的气体相环境中释放液滴。该容器在运行过程中保持气流流通，确保了由蒸发液滴引起的周围环境饱和现象得到有效防止。四个由石英玻璃制成的光学接口，呈90°交叉排列，允许激光光束的射入和相机的捕捉。液滴被释放到一个圆柱形混合室中，在那里它可以遇到纯气态物质（如氮气）或预先混合的蒸汽相。所需的压力通过高压计量泵或薄膜气囊产生。随后，液体通过一个油浴恒温注入器被压缩，该注入器的末端有一个形成液滴的毛细管。通过静电释放装置，液滴从毛细管上得到精确的控制释放。这通过在环氧树脂中浇铸的火花塞来实现，这些火花塞在高电压下工作，与毛细管共同形成一个偶极子。根据液体的性质，例如极性或内在电导率，可以施加不同强度的力在液滴上，从而实现液滴的受控和可重复的释放。目前，位于ITLR斯图加特的压舱实验正在进行更新，该舱室能够承受高达80巴的压力和高达700开尔文的温度，相较于现有的60巴和570开尔文的参数有所提升。在二元n-庚烷-氮气系统中进行了二维拉曼光谱分析，旨在获取有关液滴蒸汽化的定量数据。为此，使用了一台532 nm的Nd:YAG激光器，将其转化为80 µm厚的光束，并射向下落的液滴。产生的拉曼散射光被捕获，并通过光谱分割为两个通道，每个通道都由一个相机进行捕捉。通过比率处理庚烷和氮气的信号，可以推断出图像切片中的局部物质浓度。其中，氮气通道作为入射能量的参考和局部粒子数密度的基准。关于实验和测量技术的更多详细信息，可参考SFB的以下出版物：doi: 10.1016/j.proci.2016.07.037。