Optische Bildanalyse von Tropfen unter Prozessbedingungen

Um kostenintensive Zwischenschritte bei der Maßstabsvergrößerung einzusparen und Detailphänomene besser zu verstehen, werden Simulationen mittels Computational Fluid Dynamics (CFD) durchgeführt. Gekoppelt mit Modellgleichungen, sogenannten Populationsbilanzen (PPB), kann das Verhalten der dispersen Phase vorausgesagt werden. Zur Validierung der PPB sind experimentelle Daten notwendig. Bisher gibt es nur wenige praktikable Messverfahren, die in der Lage sind, die notwendigen Daten mit hinreichender zeitlicher und räumlicher Auflösung zu erfassen. In diesem Projekt wurde eine kostengünstige Sonde entwickelt, die mit Hilfe eines telezentrischen Durchlichtprinzips Schattenbilder im Messvolumen aufnehmen kann. Diese werden parallel rechnergestützt ausgewertet und liefern Informationen über die Partikel-Eigenschaften der dispersen Phase. Die Partikel können im Messvolumen unabhängig von ihrem Fokusabstand größengerecht präzise ausgewertet werden. Diese Sonde kann mittels Standardflansch in bestehende Prozesse integriert werden und Informationen über das Verhalten der dispersen Phase liefern.

Zur Analyse des Bildmaterials wurde die Open Source Software ImageJ eingesetzt. Durch den hohen Kontrastunterschied kann das Bildmaterial mittels Binärisierungsalgorithmen in schwarz (Partikel) und weiß (Hintergrund) aufgeteilt werden und so die Partikel detektiert und analysiert werden. Dabei werden geometrische Parameter wie die Partikelgröße, Position und Form ermittelt. Parallel zu dieser Offline-Auswertung wurde auch eine Online-Auswertung erarbeitet. Diese bietet neben dem Vorteil der Online-Datenanalyse eine Detektion mittels eines Fit-Ellipsen-Algorithmus. Dadurch können auch deformierte Tropfen oder Blasen korrekt ausgewertet werden.

Bearbeitet wurde das Forschungsthema von 02/2016 bis 12/18 an der Technischen Universität Kaiserslautern, Thermische Verfahrenstechnik (Gottlieb-Daimler-Straße, D 67663 Kaiserslautern, Tel.: 0631/ 205-2414) unter der Leitung von Dipl.-Ing. Mark Hlawitschka (Leiter der Forschungsstelle: Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Hans-Jörg Bart), und dem Fraunhofer-Institut für Techno-und Wirtschaftsinformatik ITWM, Kaiserslautern (Fraunhofer Platz 1, 67663 Kaiserslautern, Tel.: 0631/ 31600-4201) unter der Leitung von Dipl.-Inf. Markus Rauhut (Leiter der Forschungsstelle :Prof. Dr. Dieter Prätzel-Wolters)