Ultraschallmessverfahren für komplexe Suspensionsströmungen in kleinen Geometrien: Untersuchung am Beispiel der Zink-Luft-Flussbatterie
Christian Kupsch
In dieser Arbeit werden ultraschallbasierte Messverfahren für die Strömungsbildgebung von Suspensionen entwickelt, charakterisiert und angewendet.
Suspensionsströmungen spielen in zahlreichen industriellen und technischen Prozessen eine wesentliche Rolle. Beispielsweise wird zur Energiebereitstellung bei neuartigen Zink-Luft-Flussbatterien eine Suspension aus mirkoskopischen Zinkpartikel durch eine elektrochemische Zelle gepumpt. Durch die Kenntnis der Suspensionsströmung kann dieser Prozess optimiert werden. Dafür ist eine Messung der Strömung erforderlich.
Aufgrund der Partikelbeladung sind Suspensionen in der Regel opak und konventionelle optische Strömungsmessverfahren können nicht angewendet werden. In dieser Arbeit wird daher zunächst das Ultraschallmessverfahren Ultrasound Imaging Velocimetry für die Messung der Suspensionsströmung qualifiziert und für die Messung in einem Modellexperiment angewendet.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Messung der Suspensionsströmung in einer aktiven Zink-Luft-Flussbatterie vorgestellt. Die besondere Herausforderung liegt dabei in der hohen erforderlichen Ortsauflösung, welche durch die Anwendung eines Super-Resolution-Verfahrens in Kombination mit nichtlinearer Ultraschallbildgebung erreicht wird.
Die vorgestellten Messverfahren können ebenfalls zur Suspensionsströmungsmessung in anderen technischen und industriellen Prozessen angewendet werden.
