Modellexperimente zu Aufschmelzvorgaengen infolge innerer Waermequellen

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschreibt Experimente, in welchen Gallium (Pr=0.02) in Folge innerer Waermequellen aufgeschmolzen wird. Die Experimente sind zweidimensionaler Natur und werden an einem Galliumhalbzylinder, der axial mit Gleichstrom ohmsch beheizt wird, durchgefuehrt. Die Halbzylinderoberflaeche wird mit Hilfe einer Spruehwasserkuehlung naeherungsweise auf konstanter Temperatur gehalten, die Bodenplatte ist adiabat. Durch Variation der Stromstaerke und der Spruehwassertemperatur werden zum einen die dimensionslose Schmelztemperatur #THETA#_m, welche die Groesse der fluessigen Kavitaet bestimmt, und zum anderen die Rayleigh-Zahl Ra, welche die Intensitaet der einsetzenden Konvektion charakterisiert, variiert. Die dimensionslosen Parameter #THETA#_m und Ra sind im Bereich 0.09#<=##THETA#_m#<=#0.23 und 0.84#<=#Ra#<=#261.4 variiert. Die Experimente werden nach Einschalten der inneren Beheizung transient bis zum Erreichen eines stationaeren Gleichgewichtszustands durchgefuehrt. Transient wird das Temperaturfeld mit Hilfe von Thermoelementen und die Hoehe der fluessigen Kavitaet in der Mitte mit Hilfe der Ultraschallmesstechnik erfasst. Das Krustenprofil im stationaeren Zustand wird nach Ablassen des fluessigen Galliums mit Hilfe der Triangulation vermessen. Die durchgefuehrten Experimente dienen der Verifikation des Codes COSMO2000, welcher ebene, transiente Aufschmelzprozesse berechnen kann. Die Experimente werden mit den entsprechenden Simulationen verglichen. (orig.)The following presentation describes experiments in which Gallium (Pr=0.02) melts due to internal heating. The experiments are of two-dimensional nature and are carried out on a Gallium-semicylinder, which is heated ohmic axial with direct current. The semicylinder surface is held approximately at constant temperature by spray water cooling. The bottom of the semicylinder is adiabatic. The non-dimensional melting temperature #THETA#_m, which determines the size of the liquid cavity, and the Rayleigh-number Ra, which characterizes the intensity of the starting convection, can be changed by variation of the amperage and the temperature of the spray water cooling. The non-dimensional parameters #THETA#_m and Ra are varied in the range of 0.09#<=##THETA#_m#<=#0.23 and 0.84#<=#Ra#<=#261.4. The experiments are commenced after turning on the internal heating. They are stopped, when steady state is reached. Transient information of temperature in the measurement layer is measured by thermocouples. The height of the liquid cavity in the middle of the Gallium-semicylinder is measured by an ultrasonic pulse-echo instrument. The steady state profile of the crust is measured by triangulation after draining the liquid Gallium. The completed experiments verify the numerical code COSMO2000, which can calculate plane (2D), transient melting problems. The experiments are compared with equivalent numerical simulations. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: ZA 5141(6786) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekDEGerman