Ortsaufgelöste experimentelle Analyse und Modellierung des Stoffübergangs an aufsteigenden Gasblasen bei überlagerter chemischer Reaktion und Schwarmturbulenz (DFG SPP 1740)

CAD-Model des Versuchsaufbaus im Gradientenrohr des Kernspintomographen. Das 3D-Model ermöglicht es im Vorfeld, die Komponenten an der Richtigen Stelle zu positionieren und den geringen Platz innerhalb des Tomographen effizient zu nutzen.

Foto des Versuchsaufbaus. Der abgebildete Schlitten wird im Gradientenrohr des Tomographen platziert. Dort sorgt ein starkes Magnetfeld für die gezielte Ausrichtung der Atomkerne in der zu vermessenden Probe. Das durch diese Anregung emittierte Signal wird über die auf dem Aufbau befindlichen Messspulen erfasst. Die Spulen sind über eine mechanische Vorrichtung zueinander verstellbar und abstimmbar. Als Messvolumen werden runde Glaskapillaren verbaut und anschließend mit der zu vermessenden Zweiphasenströmung durchflossen.

Überlagerung einer 3D Volumenmessung und dem Modell der Kapillare. Gemessen wurde ein statisches Phantom, bestehend aus einer runden Kapillare mit 5 mm Innendurchmesser, welche mit Wasser und Luft gefüllt wurde. Die Akquisitionszeit der Messung lag bei etwa 12 Minuten. Farblich dargestellt sind die Intensitäten des gemessenen Wassersignals, wobei grau auf eine mittlere Intensität hindeutet. Farblich hinterlegte Bereiche deuten auf eine Dickenänderung des Flüssigkeitsfilms, sowie auf mögliche Inhomogenitäten der Messung hin. Im oberen Teil der Kapillare ist die eingeschlossen Luft zu erkennen. Dort beträgt die Intensität des Wassersignals null.

Vergleich unterschiedlicher Parameter einer „fast imaging“ Messsequenz. Die „Belichtungszeit“ der Einzelbilder liegt im Bereich von 50 ms. Zwischen jedem Frame liegt eine Sekunde Abstand. a) Bei einer Spinauslenkung von 60° ist die Relaxationszeit der Spins größer als der Zeitabstand zwischen den Frames. Dies führt zu einer Sättigung des Signals und einer Abschwächung der Signalintensität mit fortschreitender Messung. b) Durch Verringern der Spinauslenkung auf 10° kann das vorher erkennbare Sättigungsverhalten reduziert werden. c) Die zusätzliche Messung des T2 Signals liefert hochauflösendere Informationen, jedoch führt dies zusätzlich zu Artefakten welche durch Sequenzoptimierung auf ein Minimum reduziert werden müssen.