Magnetic Resonance Velocimetry

Magnetic Resonance Velocimetry (MRV, engl.) ist ein experimentelles Verfahren zur Bestimmung von Geschwindigkeitsfeldern in der Strömungsmechanik. MRV basiert auf dem Phänomen der Kernspinresonanz und adaptiert die Magnetresonanztomographie (MRT) der medizinischen Diagnostik für die Analyse technischer Strömungen. Die Geschwindigkeiten werden in der Regel mit dem Verfahren der Phasenkontrasttomographie bestimmt. Hierbei werden die Geschwindigkeiten aus den Phasenunterschieden in den Bilddaten berechnet, die wiederum unter Verwendung spezieller Gradientenverfahren erzeugt werden. Für die MRV können herkömmliche MRT-Geräte verwendet werden.

Der Begriff MRV ist durch die zunehmende Anwendung der Magnetresonanztomographie zur Geschwindigkeitsmessung von technischen Strömungen in den Ingenieurwissenschaften entstanden.

Anwendungen

Zu den Anwendungsmöglichkeiten der MRV in den Ingenieurwissenschaften gehören unter 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. 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.

Siehe auch

• Strömungsmesstechnik

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. Jahrgang, 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. Jahrgang, 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. Jahrgang, 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. Jahrgang, Nr. 4, 1990, S. 464–472, doi:10.1115/1.2891212. 

Weblinks

• Kurzprofil von Prof. John Eaton (Stanford University)
• Gruppe „Magnetic Resonance Imaging for Mechanical Engineering“. Ehemals im Original (nicht mehr online verfügbar); abgerufen am 17. Februar 2021.@1@2Vorlage:Toter Link/www.mrv.tu-darmstadt.de (Seite nicht mehr abrufbar. Suche in Webarchiven) 
• Robin Simson, Waltraud Buchenberg: Velocity and thermometry in technical flows. Archiviert vom Original am 10. Dezember 2014; abgerufen am 19. Februar 2021. 
• Measurement of cytoplasmic streaming in single plant cells by magnetic resonance velocimetry. (PDF; 342 kB)