Hochtemperaturströmungen

Die Kennt­nis der Strö­mung bei Raf­fi­na­ti­on und Gie­ßen von z.B. Stahl, Kup­fer und Alu­mi­ni­um in metall­ur­gi­schen Reak­to­ren (Schmelz­öfen, Kon­ver­tern, Pfan­nen, Strang­gieß­ver­tei­lern, SNIF-Boxen und Kokil­len) ist ent­schei­dend für die Opti­mie­rung der Qua­li­tät des Halb­zeugs und des Fer­tig­pro­dukts. Die Mög­lich­kei­ten von Strö­mungs­mes­sun­gen in Schmel­zen sind auf­grund der hohen Tem­pe­ra­tu­ren sehr ein­ge­schränkt, daher wer­den die strö­mungs- und wär­me­tech­ni­schen Vor­gän­ge anhand von phy­si­ka­li­schen und nume­ri­schen Model­len untersucht.

Modellierung metallurgischer Reaktoren

Die kine­ma­ti­schen Vis­ko­si­tä­ten von Metall­schmel­zen und Was­ser lie­gen in der glei­chen Grö­ßen­ord­nung. Auf­grund der damit ähn­li­chen Fließ­ei­gen­schaf­ten ist die Unter­su­chung von Schmel­zen durch den Ein­satz von Was­ser­mo­del­len mög­lich. Hier­bei kann sowohl auf bereits vor­han­de­ne Was­ser­mo­del­le (Pfan­ne, Strang­gieß­ver­tei­ler und Kon­ver­ter) als auch auf eine maß­ge­schnei­der­te Anfer­ti­gung von Was­ser­mo­del­len in der insti­tuts­ei­ge­nen Werk­statt zurück­ge­grif­fen wer­den. Zur Ver­mes­sung der Was­ser­mo­dell-Ver­suchs­stän­de ist diver­se Mess­tech­nik am Insti­tut vorhanden.

• Strö­mungs­vi­sua­li­sie­rung mit der Laser­licht­schnitt­tech­nik PIV
• 3D Auf­nah­me tur­bu­len­ter Strö­mungs­fel­der mit­tels DPIV und LDA
• Auf­nah­me von Tem­pe­ra­tur- und Kon­zen­tra­ti­ons­fel­dern mit­tels LIF
• Ver­weil­zeit­un­ter­su­chun­gen und Ana­ly­se von Mischungsvorgängen
• Bestim­mung von Par­ti­kel­ver­tei­lun­gen und Abschei­de­kur­ven mit­tels Coul­ter Counter
• Strö­mungs­op­ti­mie­rung durch pas­si­ve Strömungsbeeinflussung
• Auf­nah­me von Bad­spie­gel­be­we­gun­gen mit Ultraschallsensoren
• Auf­nah­me von Bla­sen­be­we­gun­gen oder Sprays mit­tels Shadowgraphie

Numerische Simulation

Oft par­al­lel zu den Strö­mungs­un­ter­su­chun­gen in phy­si­schen Model­len erfolgt die nume­ri­sche Simu­la­ti­on mit­tels CFD Metho­den. Zur Erhö­hung der Genau­ig­keit der Rech­nun­gen wer­den vie­le Simu­la­tio­nen zunächst für die Was­ser­strö­mung durch­ge­führt und freie Para­me­ter anhand der sehr genau­en laser­op­ti­schen Mess­ergeb­nis­se vali­diert. Erst danach erfol­gen die Simu­la­tio­nen für die mehr­pha­si­gen, nicht-iso­ther­men Metall­schmel­zen. Nume­ri­sche Simu­la­tio­nen ermög­li­chen es hier gekop­pel­te Phä­no­me­ne zu model­lie­ren, wel­che durch Was­ser­mo­del­le nicht abzu­bil­den sind, Bei­spie­le sind:

• Ther­mik, inklu­si­ve nicht-iso­ther­mer Materialeigenschaften
• Che­mi­sche Reak­tio­nen zwi­schen Spe­zi­es oder Phasen
• Mischungs- und Ent­mi­schungs­phä­no­me­ne (ein- und mehrphasig)
• Elek­tro­ma­gne­ti­sche Fel­der und Magnetohydrodynamik
• Ver­bren­nungs- oder Pyrolysereaktionen

Für die Vali­die­rung von Simu­la­tio­nen, wel­che nicht voll­stän­dig durch Was­ser­mo­del­le abge­bil­det wer­den kön­nen, arbei­ten wir zusam­men mit Part­nern ande­rer For­schungs­in­sti­tu­te oder der Industrie.