Dietrich Hoppe

Time resolving gamma-tomography for periodically changing gas fraction fields and its application to an axial pump

Abstract In the paper a novel non-intrusive tomographic method is presented to visualise the gas fraction distribution inside the rotating impeller of an axial pump delivering a two-phase flow. The device has been developed for an axial pump (inducer), which has an impeller with three helical blades rotating at 1500 rpm. Model fluid is air–water mixture created by a gas distributor upstream the pump inlet nozzle. The developed gamma-tomography set-up consists of a Cs-137 source and an arc of 64 scintillation detectors. Each of the detectors is connected to a number of counters grouped into banks. Each bank is active only during a 100 μs long interval of the rotation period, which corresponds to a well-defined angular interval of the impeller rotation. A trigger pulse, generated at the beginning of each revolution, forces the control unit to restart the counting process from the first bank. In this way, the device is able to measure ensemble averaged projections of the gamma absorption density distribution, which are resolved according to the rotating angle of the impeller. An image reconstruction by filtered back-projection provides density distributions inside the impeller. Void fraction distributions are visualised by means of differential tomography, i.e. by subtracting sets of projections obtained for two-phase operation and for plain liquid.

High-resolution two-phase flow measurement techniques for the generation of experimental data for CFD code qualification

Abstract Computational fluid dynamics simulations for two-phase flows are important in different fields of engineering and science. Since two-phase flows are inherently complex, also CFD modeling development requires special attention. The validation of model implementation and the derivation of physics based models for momentum, heat, and mass transfer in two-phase flow require experiments with generation of high-resolution measurement data. This, however, is a great challenge, since most standard flow measurement tools used in single phase flow situations, are not suited for multiphase flows. In this article we report on advanced imaging and measuring methods for two-phase flow experiments, which have been extensively used in the recent past to conduct experiments for two-phase flows at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. In particular the application of wire-mesh sensors, ultrafast X-ray tomography, gamma ray tomography and positron emission tomography will be introduced and discussed.

3D-Röntgentomographie-gestützte Verfolgung von Blasen in flüssigem Schaum

Zusammenfassung Durch schnelle Röntgentomographie auf der Grundlage eines magnetisch abgelenkten Elektronenstrahls ist es möglich, 2D-Abbildungen von fluiden Medien zu erzeugen. 3D-Abbildungen wären zwar wünschenswert, sind aber vorerst noch nicht mit vertretbarem Aufwand realisierbar. Trotzdem soll bereits jetzt versucht werden, methodische Studien zur Bestimmung von Geschwindigkeiten in röntgentomographischen 3D-Abbildungen durchzuführen. Speziell werden dynamische Vorgänge in flüssigem Schaum betrachtet.

Über die zeitlich aufgelöste Messung von Geschwindigkeiten mittels schneller Röntgentomographie

Zusammenfassung Für die Bestimmung von Geschwindigkeiten am schnellen Röntgentomographen Rofex eignet sich die Methode der Kreuzkorrelation. Weil dabei manchmal relativ große Integrationsintervalle notwendig sind, kann es zur entsprechend schlechten zeitlichen Auflösung der Geschwindigkeiten kommen. Gezeigt wird, dass mit geeignetem Vorwissen über das sich bewegende Medium oder Objekt trotzdem zumindest regional relativ hohe zeitliche Auflösungen erreichbar sind.

Ultrafast electron beam X-ray computed tomography for 2D and 3D two-phase flow imaging

Imaging of complex and dynamic processes such as two- or multiphase flows with high structural as well as temporal resolution has always been a challenging task. In recent years, the electron beam X-ray computed tomography technique has been developed towards a powerful imaging tool, which reaches frame rates of 8000 fps in 2D and 1000 fps in 3D. In this paper, the latest developments as well as selected applications of ultrafast electron beam X-ray CT are presented.

Process diagnostics and non-destructive testing using high-resolution gamma-ray tomography

In this paper, a high-resolution gamma-ray computed tomography (CT) measurement system is presented that was developed to determine phase fractions and other flow parameters in industrial devices operated under real industrial conditions. From CT scans non-superimposed cross-sectional images are reconstructed, which show the local gamma-ray attenuation coefficients within the scanned object slice. An advanced fast read-out electronics facilitates 2-D visualization of rapidly rotating multiphase distributions, such as in stirred chemical reactors or hydrodynamic machines. Furthermore, the CT measurement system can be applied to non-destructive testing of high-density devices to achieve information about the structure of material, i.e. when exposed to mechanical stress.

Streustrahlungskorrektur bei Gammatomographie auf der Grundlage einer Faltungsoperation (Scattered Radiation Correction in Gamma Tomography, based on Convolution Operation)

Entwickelt wird eine einfache und leicht handhabbare Methode, die sich vorzugsweise bei der Gammatomographie mit hoch- und monoenergetischer Strahlung zur Korrektur von Streustrahlungsartefakten eignet. Der Grundgedanke besteht darin, dass zwischen der im Untersuchungsobjekt bestehenden Schwächungsverteilung der Primärstrahlung und der Verteilung der vom einzelnen Objektpunkt ausgehenden Streustrahlung eine Faltungsoperation vorgenommen wird. We develop a straightforward and easy to use method preferably suited for tomography with high and mono energetic gamma radiation for correction of scattered radiation artifacts. The basic idea of the method is to convolve the attenuation distribution of the impinging radiation with the scattered radiation emitted from the individual points of the object under investigation.

Ultra Fast Scanned Electron Beam X‐Ray CT for Two‐Phase Flow Measurement

We developed an ultra fast X‐ray CT scanner based on scanned electron beam technology. The new device enables ultra fast two‐dimensional phase fraction imaging in flow cross‐sections at frame rates up to 7 kHz. As an example flow measurement in a 60 mm diameter bubble column is presented.

Modellierung von Luftblasen als Rotationsellipsoide anhand paarweiser ebener Projektionen (Modelling of Air Bubbles as Spheroids Based on a Pair of Parallel Planar Projections)

Abstract Eine in ruhendem Wasser aufsteigende Luftblase wird parallel zur Wasseroberfläche in zwei zueinander senkrechte horizontale Richtungen parallel projiziert. Diese beiden Projektionen werden zunächst als Ellipsen approximiert. Anhand der Ellipsen wird die Blase dann als Rotationsellipsoid modelliert. Dieses eignet sich zur Analyse der Orientierung der Symmetrieachse der Blase auf ihrem Weg durch das Wasser. Dies wird an einem Ensemble schraubenartig aufsteigender Blasen verdeutlicht.

Ultraschall zur Bestimmung von Partikelbewegungen in flüssigem Metall

Zusammenfassung In flüssigem Metall schwebende Partikel können Echos von Ultraschall verursachen. Aus solchen Echos wird versucht, die entlang der Schallausbreitung vorkommenden Partikelbewegungen zu rekonstruieren. Konkret sind damit die Positionen gemeint, welche die Partikel vertikal oberhalb des Schallwandlers als Funktionen der Zeit einnehmen. Anhand solcher Funktionen soll dann auf Strömungsvorgänge im flüssigen Metall geschlossen werden.