Bei einer Reihe bedeutsamer industrieller Prozesse, kann eine gezielte, berührungslose Einwirkung von Lorentzkräften auf eine Schmelzströmung die Ressourceneffizienz signifikant steigern. Die komplexe Interaktion von elektrisch leitfähigen Fluiden und magnetischen Wechselfeldern wird in der Magnetohydrodynamik (MHD) durch Experimente an niedrigschmelzenden Metallen untersucht. Die auftretenden instationären, dreidimensionalen Strömungsfelder erfordern eine nicht-invasive, bildgebende Strömungsmesstechnik für opake Fluide mit hoher Orts- und Zeitauflösung.
Mit dem Ultrasound Array Doppler Velocimeter (UADV) wurde im Rahmen dieser Arbeit ein flexibles Messsystem für MHD-Experimente geschaffen, welches eine mehrkomponentige Mehrebenenmessung durch Sensordatenfusion von bis zu neun linearen Wandlerarrays erreicht. Die onlinefähige Signalverarbeitung reicht trotz geringer rechentechnischer Komplexität bis auf Faktor 3 an die Cramer-Rao-Schranke der Messunsicherheit heran.
Bei einem Experiment der MHD-Grundlagenforschung, der magnetfeldgetriebenen Strömung in einem Würfel, sagen numerische Simulationen nicht-deterministisch einsetzende Instabilitäten im Übergangsbereich von laminar zu turbulent vorher. Durch eine simultane Zweiebenen-Langzeitmessung mit dem UADV konnten diese erstmals experimentell charakterisiert werden.
Weiterhin wird mit dem Time Reversal Virtual Array (TRVA) ein Ansatz vorgestellt, welcher auch die heißen Schmelzen industrieller und technischer Prozesse für eine nichtinvasive In-Prozess-Bildgebung zugänglich machen kann. Dabei wird die Beschränkung der Ultraschallmesstechnik hinsichtlich der Betriebstemperatur der Wandler umgangen, indem mittels TRVA eine Bildgebung durch einen akustischen Multimode-Wellenleiter ermöglicht wird.
Aktualisiert: 2020-01-15
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In der vorliegenden Arbeit wird ein mathematisches Modell entwickelt um magnetohydrodynamische Strömungen in instationäre und inhomogene Magnetfelder zu beschreiben. Das Modell wird in das finite-Volumen basierende CFD-Programm OpenFOAM implementiert und an typischen Problemstellungen der Magnetohydrodynamik verifiziert und validiert. Mit dem entwickelten Algorithmus wird ein Frequenzdurchflussmessgerät numerisch modelliert und erfolgreich simuliert. In this work, I develop a numerical model for magnetohydrodynamic flows in unsteady an inhomogeneous flow. The model is implemented in the finite-volume based CFD-code OpenFOAM. Some verification and validation tests are made on several standard problems of magnetohydrodynamics. Finally I successful modelled an electromagnetic flowmeter with the code.
Aktualisiert: 2021-02-11
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