Flüssigkristallthermografie für 3D Temperaturfeldmessungen in wässrigen Mikroströmungen

Die Mikrofluidik hat sich aufgrund ihrer Bedeutung für die pharmazeutische und medizinische Industrie, Unterhaltungselektronik bis hin zur Luft- und Raumfahrttechnik in den letzten Jahren zu einem bedeutenden Forschungsbereich mit großer technologischer Relevanz entwickelt. In vielen Anwendungen spielt der Wärmeübergang eine sehr große Rolle, um z.B. mit komplexen mikrofluidischen Kanälen effizient thermisch hoch belastete elektronische Bauteile zu Kühlen (z.B. Computerprozessoren). Die Auslegung dieser Kanäle beruht oft auf einfachen Designregeln, da die experimentelle Qualifizierung technisch nicht möglich ist, weil simultane 3D Strömungs- und Temperaturfeldmessungen in mikroskopischen Kanälen nicht möglich sind. Damit ergeben sich große Unsicherheiten und Effizienzverluste bei der Auslegung. Das Ziel dieses Forschungsprojekts besteht in der Weiterentwicklung einer auf Flüssigkristallpartikel (TLC) beruhenden 3D Messtechnik, die es ermöglicht gleichzeitig 3D Strömungs- und Temperaturfeldmessungen in mikroskopischen Kanälen zu realisieren. In den letzten Jahren wurden dafür vom Antragsteller die technologischen Grundlagen geschaffen. In diesem Forschungsvorhaben sollen die technologischen Fortschritte im Bereich der TLC Partikel, CMOS Kameras, Auswerteprogramme und Kalibriermethoden genutzt werden, um deutlich zuverlässigere und genauere Messungen in komplexen mikroskopischen Geometrien durchführen zu können. Darüber hinaus soll gezielt untersucht werden, mit welcher Zeitkonstante das Farbsignal der Partikel sprunghafte Änderungen der Temperatur erfassen kann und ob starke Strömungsgradienten zu systematischen Messfehlern führen können. Die Beantwortung dieser Fragen ist wesentlich um den Einsatzbereich der Messtechnik festzustellen.

 

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