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Thermography - Thermografie
 

Thermography uses the infrared emission of hot surfaces to measure temperature. Whenever a surface is heated up, it starts to emit more radiation in a certain range of wavelengths in the far infrared. For presentation purposes this intensity of the infrared emission is colour-coded (red = hot, blue = cold).

Thermografie benutzt die Infrarotstrahlung, welche von heißen Oberflächen emittiert wird, um Temperaturen zu messen. Immer wenn eine Oberfläche heißer wird, beginnt diese mehr Strahlung in einem Wellenlängenbereich im fernen Infrarot abzugeben. Für Darstellungszwecke wird diese Intensität farblich kodiert (Rot = heiß, Blau = kalt).

 
 
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Emissivity - Emissionkoeffizient
 


Important for thermography is the knowledge of the emissivity of the surface. This number (between 0 and 1) gives information how intense infrared emission is in relation to the temperature. Nearly all surfaces in daily life have an emissivity close to 1. In rekation to their temperature they emit nearly as much infrared radiation as possible (emissivity = 1 is "black body emission"). Unfortunately, polished metal surfaces act as mirrors even in the infrared range of wavelength. With an emissivity of 0.07 a metallic can emits only 7% of the radiation a black body would emit at the same temperature, 93% of the infrared radiation is reflected from the surrounding bodies.

Wichtig für die Thermografie ist die Kenntnis des Emissionskoeffizienten der Oberfläche. Diese Zahl (zwischen 0 und 1) gibt Auskunft wie stark Infrarotstrahlung relativ zur Körpertemperatur emittiert wird. Für fast alle Oberflächen im täglichen Leben liegt dieser Wert nahe bei 1, sie emittieren fast so viel Infrarotstrahlung wie bei ihrer Temperatur überhaupt möglich (Emissionskoefizient = 1 entspricht der "Schwarzkörperstrahlung"). Leider wirken polierte Metalloberfläche auch im Infraroten als Spiegel. Mit einem Emissionskoeffizienten von 0.07, emittiert eine Metalldose nur 7% der Strahlung eines Schwarzen Körpers mit der gleichen Temperatur, 93% der Infrarotstrahlung wurde an der Oberfläche reflektiert und stammt von den umgebenden Körpern.

 
 

 

Angular Dependence - Winkelabhängigkeit
 


Infrared emissions depends on the angle. Most radiation is emitted perpendicular to the surface. Watching a body from the side, the intensity takes off.

Infrarotstrahlung ist winkelabhängig. Die meiste Strahlung wird senkrecht zur Oberfläche abgeben. Blickt man von der Seite auf einen Körper nimmt die Intensität ab.

 

 

Examples - Beispiele

 

Red Blood Cells Container - Blutbeutel
 


The American Association of Blood Banks and US Food and Drug Administration require human blood to be stored at 1°C to 6°C and not to exceed 10°C. Temperature-sensitive labels are adhesive tags that display colour changes at preset temperatures. Their behaviour at different temperatures can be tested using thermography.

Die American Association of Blood Banks und die US Food and Drug Administration verlangen, dass menschliches Blut bei Temperaturen zwischen 1°C und 6°C gelagert wird und 10°C nicht überschreiten darf. Temperatur empfindliche Aufkleber zeigen einen Farbumschlag bei vorgeschriebenen Temperaturen. Ihr Verhalten kann mittels Thermografie kontrolliert werden..

 
 
 
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Turbine Blade Cooling - Turbinenschaufelkühlung
 


Due to the high temperatures in modern turbomachinery, turbine blades have to be cooled. A novel technique developed and patented at TU Graz uses supersonic flows, which are bend towards the surface by Prandtl-Meyer expansion. The first movie shows a Schlieren visualization, with subsonic cooling flows first and supersonic flows second. The high cooling efficiency can be seen from the thermografic recordings in the second movie. In this movie the leading edge of the turbine blade can be seen together with ten cooling slits ejecting air (first subsonic, then supersonic).

Aufgrund der hohen Temperaturen in modernen Turbomaschinen müssen Turbinenschaufeln gekühlt werden. Eine neuartige Technik, welche an der TU Graz entwickelt und patentiert wurde, benutzt Überschallströmungen, die durch die Prandtl-Meyer Expansion zur Oberfläche hin gedrückt werden. Der erste Film zeigt eine Schlierenvisualisierung zuerst mit Unterschall-, dann mit Überschallausblasung. Die hohe Kühlungseffizienz zeigt der zweite Film. In diesem ist die Schaufelvorderkante mit zehn Kühlschlitzen zu sehen, aus welchen Luft ausgeblasen wird (zuerst Unterschall, dann Überschall).

 
 
 
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J.Woisetschläger (2004) Thermografische Untersuchungen zur Optimierung von Strömungsvorgängen, Tagungsband Bauphysiktagung, TU-Graz, pp 98 - 102

   
E.Göttlich, L.Innocenti, A.Vacca, W.Sanz, J.Woisetschläger, B.Facchini, H.Jericha (2004) Measurement and simulation of the transonic innovative cooling system (ICS) for high-temperature transonic gas turbine stages, ASME TURBO EXPO 2004, Vienna, GT2004-53712

   
E.Göttlich, H.Lang, W.Sanz, J.Woisetschläger (2002) Experimental Investigation of an innovative cooling system (ICS) for high temperature transonic turbine stages, ASME Turbo Expo 2002, Amsterdam, GT-2002-30341

   
S.Moser, M.Ivanisin, J.Woisetschläger, H.Jericha (2000) Novel Blade Cooling Engineering Solution, ASME International Gas Turbine and Aeroengine Congress, Munich, 2000-GT-0242

   
S.Moser, J.Woisetschläger, H.Jericha (2000) Kühlung transsonischer Turbinenschaufeln mittels unterexpandierter Kühlfilme / Transonic turbine stage cooling by underexpanded cooling films, in Gasturbinen für kombinierte Gas-Dampfturbinenanlagen, VDI-Bericht 1566, pp 125-138

   
S.Moser, J.Woisetschläger, H.Jericha (1999) LDA-Untersuchung transsonischer Kühlfilme zur Kühlung moderner Gasturbinenschaufeln, Proc. GALA-Fachtagung Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik - 7. Fachtagung, Eds.Pfeifer et al., paper 13, Shaker Verlag Aachen

   
S.Moser, H.Jericha, J.Woisetschläger, A.Gehrer, W.Reinalter (1998) The Influence of Pressure Pulses to an Innovative Turbine Blade Film Cooling System, Proc. ASME International Gas Turbine and Aeroengine Congress, Stockholm, Sweden, 98-GT-545

   
S.Moser, J.Woisetschläger, H.Jericha (1999) LDA-Untersuchung transsonischer Kühlfilme zur Kühlung moderner Gasturbinenschaufeln, Proc. GALA-Fachtagung Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik - 7. Fachtagung, Eds.Pfeifer et al., paper 13, Shaker Verlag Aachen

   
J.Woisetschläger, H.Jericha, W.Sanz, H.P.Pirker, A.Seyr, T.Ruckenbauer (1997) Experimental Investigation of Transonic Jet Film Cooling in a Linear Cascade, Proc. 2nd European Conference on Turbomachinery - Fluid Dynamics and Thermodynamics, Antwerpen, pp 447-451

   
A.Gehrer, J.Woisetschläger, H.Jericha (1997) Blade Film Cooling by Underexpanded Transonic Jet Layers, Proc. ASME International Gas Turbine and Aeroengine Congress, Orlando, Florida, 97-GT-246

   
J.Woisetschläger, H.Jericha, W.Sanz, F.Gollner (1995) Optical Investigation of Transonic Wall-Jet Film Cooling, Proc. ASME COGEN TURBO POWER, Vienna, 95-CTP-26


 

Additional References - Zusätzliche Literatur
 


in English:

W.L. Wolfe, G.J. Zissis, Infrared Handbook, revised edition, Environmental Research Institute of Michigan (1985) ISBN: 096035901X

 

VORLESUNGSUNTERLAGE in Deutsch:

Woisetschläger, Energie- und Umwelttechnisches Mess- und Versuchswesen, Teil: Optische Messtechnik, Lasermesstechnik, Vorlesung: 307.015, Laborübung: 307.018, TU Graz, 2007

 

 

ÖSTERREICHISCHE GESELLSCHAFT FÜR THERMOGRAFIE

 

 

 

  Jakob Woisetschläger // TU Graz // Inffeldgasse 25A // A-8010 Graz // Phone: +43 (316) 873 7227 // Fax: +43 (316) 873 7239
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