@PhdThesis{duepublico_mods_00083094,
  author = 	{Shi, Lin},
  title = 	{Konzeption und Erprobung eines faserbasierten CO-Detektionssystems mit abstimmbaren Quantenkaskadenlasern f{\"u}r Gasturbinenanwendungen},
  year = 	{2025},
  month = 	{Feb},
  day = 	{20},
  abstract = 	{Die steigenden Anforderungen an eine kosteneffiziente Energieversorgung im zuk{\"u}nftigen Energiesystem erfordern die Entwicklung fortschrittlicher Gasturbinen. Diese sollen nicht nur hocheffizient und emissionsarm sein, sondern auch eine h{\"o}here Leistung, verbesserte Teillastf{\"a}higkeit und eine gr{\"o}{\ss}ere Brennstoffflexibilit{\"a}t bieten. Ein effektiver und entscheidender Ansatz besteht in der Verbesserung der kritischen Komponenten, insbesondere des Verbrennungssystems der Gasturbine. Kohlenmonoxid (CO) ist ein Indikator f{\"u}r die Effizienz des Verbrennungssystems der Gasturbine. Ein weiteres Problem ist, dass CO farb- und geruchlos und toxisch. Es kann zwar katalytisch oxidiert werden, eine Abgasnachbehandlung w{\"u}rde aber die Effizienz von Gasturbinen reduzieren. Bei der Entwicklung von Gasturbinen ist es insbesondere wichtig, Betriebszust{\"a}nde zu vermeiden, die zu Grenzwert{\"u}berschreitungen von CO f{\"u}hren. Diese Zust{\"a}nde mit hoher zeitlicher Aufl{\"o}sung beobachten zu k{\"o}nnen ist daher eine wichtige Aufgabe. Das optische Messverfahren eignet sich hervorragend f{\"u}r diese Aufgabe. Mithilfe abstimmbarer Laser erm{\"o}glicht die Absorptionsspektroskopie die ber{\"u}hrungslosen, Sichtlinien-integrierten und zeitlich aufgel{\"o}ste In-situ-Messung der Gasphasentemperatur und Konzentrationen von relevanten Spezies. Bei den traditionellen Messtechniken hingegen k{\"o}nnen die damit verbundenen relevanten Prozesse schwer oder gar nicht isoliert betrachtet werden, weil sich die Messdaten nur durch Probenahme im Abgas mit gro{\ss}er Zeitverz{\"o}gerung entnehmen lassen. Diese Arbeit konzentrierte sich haupts{\"a}chlich auf die optische und technische Gestaltung sowie die Demonstration von absorptionsbasierter Multiplex-Messsystemen zur hochdynamischen Bestimmung von Schwellwert{\"u}berschreitung der CO-Konzentrationen unter rauen Umgebungsbedingungen und realen Betriebsbedingungen in der Austrittsebene von Gasturbinenbrennkammern der Hochdruck-Pr{\"u}fst{\"a}nde des Clean Energy Centers (CEC) von Siemens Energy. Es umfasst die Konzeption und Entwicklung verschiedener absorptionsbasierter Gaskonzentrations-Messsysteme, angefangen bei einem Ein-Wellenl{\"a}ngen-Messsystem mit Freistrahltechnik, {\"u}ber ein faserbasiertes Ein-Wellenl{\"a}ngen-Messsystem f{\"u}r die CO-Detektion, bis hin zu einem faserbasierten Vier-Wellenl{\"a}ngen-Messsystem. Letzteres erm{\"o}glicht den Nachweis mehrerer Spezies wie CO, CO2 und Wasserdampf sowie die Bestimmung der Temperatur. Ein neuer Algorithmus zur Auswertung der Absorptionsspektren unter den Testbedingungen hoher Temperatur und hohen Drucks, basierend auf einer gemessenen Referenzbasislinie, wurde entwickelt. Die Validierungsexperimente in einer Absorptionszelle, im Sto{\ss}wellenrohr und im Abgaskanal eines Gasturbinenbrenners im Realma{\ss}stab w{\"a}hrend einer Messkampagne am CEC zeigten, dass die gesamte Ausr{\"u}stung einwandfrei funktioniert. Das Vier-Wellenl{\"a}ngen-Messsystem zur simultanen Bestimmung von Temperatur und Konzentrationen mehrerer Spezies, wie CO, CO₂ und Wasserdampf, unter Verwendung einer Single-Mode-Faser im McKenna-Brenner wird validiert.},
  doi = 	{10.17185/duepublico/83094},
  url = 	{https://duepublico2.uni-due.de/receive/duepublico_mods_00083094},
  url = 	{https://doi.org/10.17185/duepublico/83094},
  file = 	{:https://duepublico2.uni-due.de/servlets/MCRFileNodeServlet/duepublico_derivate_00082603/Diss_Shi.pdf:PDF},
  language = 	{de}
}