Die optische Messtechnik zur Tröpfchencharakterisierung in dichten Sprays stellt eine besondere Herausforderung für alle auf Vorwärtsstreuung basierenden Verfahren dar – darunter Laserbeugungs-, Phasen-Doppler- und bildgebende Techniken. Ursache hierfür sind die starke Abschwächung der Lichtintensität durch Absorption im Sprühstrahl sowie Mehrfachstreuung, die die für die Auswertung relevante Lichtstreuung überlagert und verfälscht. Hinzu kommt, dass der optische Zugang häufig durch den experimentellen Aufbau begrenzt ist, wodurch der Einsatz vorwärtsstreuungsbasierter Messverfahren weiter eingeschränkt oder sogar unmöglich wird. Solche dichten Sprays mit limitiertem optischem Zugang treten insbesondere bei Flash-Boiling getriebener Zerstäubung auf, wie beispielsweise beim Einsatz von flüssigem Ammoniak (LNH3) als Brennstoff. Zusätzlich zum primären Strahlzerfall führt die thermodynamische Instabilität unter Flash-Boiling-Bedingungen dazu, dass Tröpfchen durch interne Blasenbildung expandieren und zerplatzen. Um die Einschränkungen vorwärtsstreuungsbasierter Methoden zu umgehen und Tröpfchen mit Dampfblasen zu detektieren, wird in dieser Arbeit ein auf Rückstreuung basierendes Messverfahren, TSTOF (Time-Shift Time-of-Flight) [1], eingesetzt. Das TSTOF-Messinstrument erfasst die Lichtstreuung zweiten Grades, sodass das detektierte Signal das Tröpfchen zweimal durchläuft und damit auch Informationen über dessen inneren Aufbau enthält. Bei TSTOF werden vier Lichtstreusignale pro Tröpfchen aufgezeichnet, aus denen Tröpfchengeschwindigkeit und -größe redundant bestimmt werden können.
[1] Schaefer, W., Fleck, S., Haas, M., & Jakobs, T. (2025). Optical Measurement Method for Monitoring High-Mass-Concentration Slurry Sprays: An Experimental Study. Photonics, 12(7), 673. https://doi.org/10.3390/photonics12070673