Direct contact‐less velocity measurement in high velocity gas flows

Abstract Die Entwicklung des thermischen Beschichtens als eine der Schlüsselindustrien des 21. Jahrhunderts wird auch zukünftig besonders vom Kostendruck getrieben werden. Die Möglichkeit zur Herstellung qualitativ hochwertiger Schichten erfordert ein vertiefendes Verständnis in allen Abschnitten des Beschichtungsprozesses. Den Eigenschaften der Gasströmung im Bereich des Ausganges des Flammengenerators kommt hierbei eine große Bedeutung zu, wenn die Reproduzierbarkeit der gespritzten Schichten erhöht und dadurch eine Kostenreduktion erreicht werden soll. Die Optimierung der Injektionsbedingungen verschiedenster Pulver ist Ziel der Forschung. Diese Arbeit stellt ein robustes rückwirkungsfreies optisches Diagnostikverfahren für schnelle Gasströmungen vor, welches auf der Auswertung dopplerverschobenen gestreuten Laserlichts beruht. Zur Validierung des Verfahrens wurde eine Überschalldüse von bekannter Mach‐Zahl konstruiert und mit dem etablierten Particle Imaging Velocimetry (PIV) Verfahren der Strömungsmechanik vermessen. Thermal spraying, as one of the key industries of the 21st century, is being developed particularly due to its potential in reducing production costs. The possibility of a deposition of high quality coatings requires a deep knowledge of each step involved in the spraying process. One important factor are the properties of the gas flow close to the outlet of the flame generator, if the reproducibility of the sprayed coatings is to be achieved, as well as their production cost reduction. The optimisation of the injection parameters for different powders is the main object of this work. This paper presents a robust contact‐less optical diagnostic technique for high velocity gas flows, based in the measurement of the Doppler shift of scattered laser light. Additionally, in order to validate these measurements, a supersonic nozzle of known Mach number at outlet has been designed and measured with the well established particle imaging velocimetry technique.