Magnetic Resonance Velocimetry

Magnetic Resonance Velocimetry (MRV, engl.) i​st ein experimentelles Verfahren z​ur Bestimmung v​on Geschwindigkeitsfeldern i​n der Strömungsmechanik. MRV basiert a​uf dem Phänomen d​er Kernspinresonanz u​nd adaptiert d​ie Magnetresonanztomographie (MRT) d​er medizinischen Diagnostik für d​ie Analyse technischer Strömungen. Die Geschwindigkeiten werden i​n der Regel m​it dem Verfahren d​er Phasenkontrasttomographie bestimmt. Hierbei werden d​ie Geschwindigkeiten a​us den Phasenunterschieden i​n den Bilddaten berechnet, d​ie wiederum u​nter Verwendung spezieller Gradientenverfahren erzeugt werden. Für d​ie MRV können herkömmliche MRT-Geräte verwendet werden.[1]

Der Begriff MRV i​st durch d​ie zunehmende Anwendung d​er Magnetresonanztomographie z​ur Geschwindigkeitsmessung v​on technischen Strömungen i​n den Ingenieurwissenschaften entstanden.[2]

Anwendungen

Zu d​en Anwendungsmöglichkeiten d​er MRV i​n den Ingenieurwissenschaften gehören u​nter anderem:

  • Analyse technischer Strömungen in komplexen Geometrien (Ablösung, Rezirkulationszonen)
  • Validierung von numerischen Strömungssimulationen (CFD) durch 3D-Geschwindigkeitsfelder
  • Iteratives Design komplexer innerer Strömungskanäle (in Kombination mit Rapid Prototyping)
  • Messung von Geschwindigkeit und Phasenzusammensetzung von Mehrphasenströmungen
  • Analyse von Strömungen durch poröse Medien
  • Interaktion nicht mischbarer Fluide

Vorteile und Grenzen

Im Bereich der berührungslosen Verfahren zur Geschwindigkeitsmessung ist im Gegensatz zu Verfahren wie PIV oder LDA kein optischer Zugang nötig. Zudem müssen dem Fluid keine Partikel zugesetzt werden. MRV erlaubt somit die Analyse des kompletten Strömungsfeldes in komplexen Geometrien und Bauteilen.[3] Aufgrund der Tatsache, dass gängige MR-Geräte auf die Kernspinresonanz von Wasserstoffprotonen ausgelegt sind, beschränken sich die erprobten Anwendungen von MRV auf Wasserströmungen. Gängige Skalierungskonzepte kompensieren diese Einschränkung. Zum Erreichen der räumlichen Auflösung müssen einzelne Datenerfassungsschritte in großer Zahl mit leichten Variationen wiederholt werden. Somit ist die MRV-Technik auf stationäre oder periodische Strömungen beschränkt.[4]

Siehe auch

Literatur
  • C. J. Elkins, M. Markl, N. Pelc, J. K. Eaton: 4D Magnetic resonance velocimetry for mean velocity measurements in complex turbulent flows. In: Experiments in Fluids. 34, Nr. 4, 2003, S. 494–503. doi:10.1007/s00348-003-0587-z.
  • C. Elkins, M. T. Alley: Magnetic resonance velocimetry: applications of magnetic resonance imaging in the measurement of fluid motion. In: Experiments in Fluids. 43, Nr. 6, 2007, S. 823–858. doi:10.1007/s00348-007-0383-2.
  • E. Fukushima: Nuclear magnetic resonance as a tool to study flow. In: Annual Review of Fluid Mechanics. 31, 1999, S. 95–123. doi:10.1146/annurev.fluid.31.1.95.
  • D. N. Ku, C. L. Biancheri, R. I. Pettigrew, J. W. Peifer, C. P. Markou, H. Engels: Evaluation of magnetic resonance velocimetry for steady flow. In: Journal of Biomechanical Engineering. 112, Nr. 4, 1990, S. 464–472. doi:10.1115/1.2891212.

Einzelnachweise
  1. D.N. Ku, C.L. Biancheri, R.I. Pettigrew, J.W. Peifer, C.P. Markou, H. Engels: Evaluation of magnetic resonance velocimetry for steady flow. In: Journal of Biomechanical Engineering. 1990.
  2. C. J. Elkins, M. Markl, N. Pelc, J. K. Eaton: 4D Magnetic resonance velocimetry for mean velocity measurements in complex turbulent flows. In: Experiments in Fluids. 2003.
  3. C. Elkins, M. T. Alley: Magnetic resonance velocimetry: applications of magnetic resonance imaging in the measurement of fluid motion. In: Experiments in Fluids. 2007.
  4. E. Fukushima: Nuclear magnetic resonance as a tool to study flow. In: Annual Review of Fluid Mechanics. 1999.
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