Dubovikova, Nataliia
[Author]
;
Karcher, Christian
[Degree supervisor];
Kuznetsov, Andrey
[Other];
Du Puits, Ronald
[Other]Technische Universität Ilmenau
Non-contact flow rate measurements in turbulent liquid metal duct flow using time-of-flight Lorentz force velocimetry
University thesis:
Dissertation, Technische Universität Ilmenau, 2016
Footnote:
Description:
Die Durchflussmenge von Flüssigmetallströmungen zu bestimmen ist in industriellen Anwendungen wie der Gießereitechnik von größter Bedeutung, um Prozesseffizienz und Produktqualität zu gewährleisten. Invasive Messmethoden versagen hierbei, da die Elektroden dem heißen und chemisch aggressiven Medium nicht dauerhaft standhalten können. Durch die Opazität des flüssigen Metalls entfallen optische Methoden ebenfalls. Kontaktlose Messverfahren bieten deshalb eine vielversprechende Lösung für derartige Durchflussmessungen. Ein derartiges Verfahren, welches derzeit Gegenstand der Forschung ist, ist die Lorentzkraftanemometrie (Lorentz Force Velocimetry, LFV). Eine mögliche Abhilfe für dieses Defizit bietet eine Kombination der klassischen Lorentzkraftanemometrie mit einem Laufzeitmessverfahren (time-of-flight), die sogenannte time-of-flight LFV. Hierbei wird durch einen Wirbelgenerator ein Wirbel im Fluss erzeugt, welcher zwei in bekanntem Abstand stromabwärts positionierte Magnetsysteme durchläuft. An jedem der Magnetsysteme ist ein eigener Kraftmesssensor angebracht, der den das Magnetfeld durchlaufenden Wirbel in Form einer signifikanten Störung des Kraftsignals wahrnimmt. Anhand der Zeitdifferenz der Störung der beiden Kraftsignale kann auf die Durchflussrate geschlossen werden. Die vorliegende Dissertation untersucht experimentell die time-of-flight LFV unter Verwendung eines Flüssigmetallstromes in einem geschlossenen, rechteckigen Kanal welcher von einer elektromagnetischen Pumpe angetrieben wird. Als Arbeitsfluid dient dabei eine bei Raumtemperatur flüssige Legierung aus Gallium (Ga), Indium (In) und Zinn (Sn) - (GaInSn). Im Gegensatz zu vorangegangenen Arbeiten werden dabei erstmals dreiachsige Kraftsensoren zur Messung der Lorentzkraft verwendet, um die Effekte der eingebrachten Störungen auf die time-of-flight LFV Durchflussmessung in verschiedenen Richtungen zu untersuchen. Dazu wurde der Prototyp eines time-of-flight LFV Durchflussmessgerätes entwickelt und unter Laborbedingungen durch verschiedene Experimente charakterisiert. Ein neues Pumpsystem, welches eine elektromagnetische Pumpe nutzt, wurde getestet und auf die Verwendbarkeit als Flussanregung für zukünftige Anwendungen des Kanals getestet. Ferner wurden unterschiedliche Methoden zur Erzeugung der Wirbel und ihre relative Effektivität systematisch untersucht.