Tomographisches Messverfahren für die Gasverteilung in einer Axialpumpe bei Zweiphasenbetrieb

Bei einer Vielzahl von natürlichen und technischen Strömungsvorgängen besteht das strömende Medium aus mehreren Phasen. Bei der Förderung derartiger Medien mit Kreiselpumpen führen bislang nicht genügend bekannte Vorgänge bei bestimmten Betriebsbedingungen zu einer starken Verringerung der Förderleistung und einem Anstieg des Leistungsbedarfs. Bei der Förderung von gasbeladenen Flüssigkeiten kann ein zu hoher Gasanteil zum vollständigen Zusammenbruch der Förderung führen. Zusätzlich führt die erosive Wirkung von Kavitation zu einer starken Minderung der Lebensdauer der Pumpe. Diese Arbeit beschreibt ein neuartiges Verfahren, das es erstmals gestattet, die Methode der Gamma-Tomographie zur Bestimmung der örtlichen Phasenverteilung innerhalb von rotierenden Pumpenläufern und ähnlichen Bauteilen anzuwenden. Dabei wird eine Zeitauflösung von ca. 100 µs erreicht, mit der die Gasverteilung wesentlich genauer als bisher erfaßt werden kann. Mit dem Tomographen wurden die Vorgänge innerhalb des Läufers einer Axialpumpe bei Förderung eines Luft-Wasser-Gemischs visualisiert. Es wird gezeigt, wie sich die Änderung äußerer Strömungsparameter und die Variation des Arbeitspunktes auf die räumliche Phasenverteilung innerhalb des Läufers auswirkt

Röntgen-Tomographie mit Hilfe einer Elektronenstrahl-Schweißanlage

Eine vorhandene Elektronenstrahl-Schweißanlage soll mit geringstem technischen Zusatzaufwand zur Röntgen-Tomographie eingesetzt werden. Im Vakuum der Schweißanlage werden dafür neben einer geeigneten Anode für den Elektronenstrahl nur eine einfache Vorrichtung zum Drehen des Untersuchungsobjektes und insbesondere nur ein einziger Detektor für die Röntgenstrahlung untergebracht. Die zur tomographischen Bildrekonstruktion benötigte Information soll allein aus der Messgröße dieses Detektors gewonnen werden

Röntgen-Tomographie mit Hilfe einer Elektronenstrahl-Schweißanlage

Eine vorhandene Elektronenstrahl-Schweißanlage soll mit geringstem technischen Zusatzaufwand zur Röntgen-Tomographie eingesetzt werden. Im Vakuum der Schweißanlage werden dafür neben einer geeigneten Anode für den Elektronenstrahl nur eine einfache Vorrichtung zum Drehen des Untersuchungsobjektes und insbesondere nur ein einziger Detektor für die Röntgenstrahlung untergebracht. Die zur tomographischen Bildrekonstruktion benötigte Information soll allein aus der Messgröße dieses Detektors gewonnen werden

Berührungslose Messung von Phasen- und Konzentrationsverteilungen in Blasensäulen mit positronenemittierenden Radionukliden

Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist eine etablierte Methode zur Untersuchung von Stoffwechselvorgängen im Menschen. Sie wird als Werkzeug in der medizinischen Forschung ebenso wie klinisch als Diagnoseverfahren zur Erkennung von Metastasen eingesetzt. Dieses Projekt beschäftigt sich mit einer nichtmedizinischen Anwendung dieses bildgebenden Verfahrens – dem Aufbau und der Anwendung eines PET-Tomographen zur Untersuchung des Verhaltens von Schaum in Blasensäulen, dem Versuchsstand SCHAUMPET. Insbesondere wird auf die technische Realisierung des Projektes und die angewendeten Verfahren zur Bildgewinnung eingegangen. Am Beispiel von Natriumcapronat wird gezeigt, dass sich die Anreicherung eines Tensids in einer Schaumschicht mit Hilfe der Positronen-Emissions-Tomographie nachweisen lässt

Strömungskarten und Modelle für transiente Zweiphasenströmungen

Experimente mit neuartigen Messverfahren lieferten Daten über die Struktur von transienten Flüssig-keits-Gas-Strömungen für die Entwicklung und Validierung von mikroskopischen, d.h. geometrieunabhängigen Konstitutivbeziehungen zur Beschreibung des Impulsaustauschs zwischen Flüssig-phase und Gasblasen sowie zur Quantifizierung der Häufigkeit von Blasenkoaleszenz und -zerfall. Hierzu wurde eine vertikale Testsektion der Zweiphasentestschleife MTLoop in Rossendorf genutzt, wobei erstmals Gittersensoren mit einer Auflösung von 2-3 mm bei einer Messfrequenz von bis zu 10 kHz angewandt wurden. Dabei wurde die Evolution von Gasgehalts-, Geschwindigkeits- und Bla-sengrößenverteilungen entlang des Strömungsweges und bei schnellen Übergangsprozessen aufge-nommen und so die für die Modellbildung erforderlichen Daten bereitgestellt. Für den Test der Mo-dellbeziehungen wurde ein vereinfachtes Verfahren zur Lösung der Strömungsgleichungen entlang des Strömungswegs erstellt. Es basiert auf der Betrachtung einer größeren Anzahl von Blasengrö-ßenklassen. Die erhaltenen numerische Lösungen haben erstmals gezeigt, dass der bei Erhöhung der Gasvolumenstromdichte stattfindende Übergang von einer Blasenströmung mit Randmaximum zu einem Profil mit Zentrumsmaximum und anschließend zu einer Pfropfenströmung ausgehend von einem einheitlichen Satz physikalisch begründeter und geometrieunabhängiger Konstitutivgleichun-gen modelliert werden kann. Die Modellbeziehungen haben sich in einem abgegrenzten Gebiet der Volumenstromdichten als generalisierungsfähig erwiesen und sind für den Einbau in CFD-Modelle geeignet. Weiterhin wurden Arbeiten zur Kondensation durchgeführt, die direkten Bezug zu den Kon-densationsmodellen haben, die in Thermohydraulik-Codes enthalten sind. Die Untersuchung liefert darüber hinaus experimentelle Daten für die Modellvalidierung hinsichtlich des Verhaltens und des Einflusses nichtkondensierbarer Gase. Hierfür wurden spezielle Sonden für die Bestimmung der Konzentration und für die Lokalisierung von Pfropfen nichtkondensierbarer Gase entwickelt und bei transienten Kondensationsversuchen in einem leicht geneigten Wärmeübertragerrohr eingesetzt

Strömungskarten und Modelle für transiente Zweiphasenströmungen

Experimente mit neuartigen Messverfahren lieferten Daten über die Struktur von transienten Flüssig-keits-Gas-Strömungen für die Entwicklung und Validierung von mikroskopischen, d.h. geometrieunabhängigen Konstitutivbeziehungen zur Beschreibung des Impulsaustauschs zwischen Flüssig-phase und Gasblasen sowie zur Quantifizierung der Häufigkeit von Blasenkoaleszenz und -zerfall. Hierzu wurde eine vertikale Testsektion der Zweiphasentestschleife MTLoop in Rossendorf genutzt, wobei erstmals Gittersensoren mit einer Auflösung von 2-3 mm bei einer Messfrequenz von bis zu 10 kHz angewandt wurden. Dabei wurde die Evolution von Gasgehalts-, Geschwindigkeits- und Bla-sengrößenverteilungen entlang des Strömungsweges und bei schnellen Übergangsprozessen aufge-nommen und so die für die Modellbildung erforderlichen Daten bereitgestellt. Für den Test der Mo-dellbeziehungen wurde ein vereinfachtes Verfahren zur Lösung der Strömungsgleichungen entlang des Strömungswegs erstellt. Es basiert auf der Betrachtung einer größeren Anzahl von Blasengrö-ßenklassen. Die erhaltenen numerische Lösungen haben erstmals gezeigt, dass der bei Erhöhung der Gasvolumenstromdichte stattfindende Übergang von einer Blasenströmung mit Randmaximum zu einem Profil mit Zentrumsmaximum und anschließend zu einer Pfropfenströmung ausgehend von einem einheitlichen Satz physikalisch begründeter und geometrieunabhängiger Konstitutivgleichun-gen modelliert werden kann. Die Modellbeziehungen haben sich in einem abgegrenzten Gebiet der Volumenstromdichten als generalisierungsfähig erwiesen und sind für den Einbau in CFD-Modelle geeignet. Weiterhin wurden Arbeiten zur Kondensation durchgeführt, die direkten Bezug zu den Kon-densationsmodellen haben, die in Thermohydraulik-Codes enthalten sind. Die Untersuchung liefert darüber hinaus experimentelle Daten für die Modellvalidierung hinsichtlich des Verhaltens und des Einflusses nichtkondensierbarer Gase. Hierfür wurden spezielle Sonden für die Bestimmung der Konzentration und für die Lokalisierung von Pfropfen nichtkondensierbarer Gase entwickelt und bei transienten Kondensationsversuchen in einem leicht geneigten Wärmeübertragerrohr eingesetzt

Strömungskarten und Modelle für transiente Zweiphasenströmungen

Experimente mit neuartigen Messverfahren lieferten Daten über die Struktur von transienten Flüssig-keits-Gas-Strömungen für die Entwicklung und Validierung von mikroskopischen, d.h. geometrieunabhängigen Konstitutivbeziehungen zur Beschreibung des Impulsaustauschs zwischen Flüssig-phase und Gasblasen sowie zur Quantifizierung der Häufigkeit von Blasenkoaleszenz und -zerfall. Hierzu wurde eine vertikale Testsektion der Zweiphasentestschleife MTLoop in Rossendorf genutzt, wobei erstmals Gittersensoren mit einer Auflösung von 2-3 mm bei einer Messfrequenz von bis zu 10 kHz angewandt wurden. Dabei wurde die Evolution von Gasgehalts-, Geschwindigkeits- und Bla-sengrößenverteilungen entlang des Strömungsweges und bei schnellen Übergangsprozessen aufge-nommen und so die für die Modellbildung erforderlichen Daten bereitgestellt. Für den Test der Mo-dellbeziehungen wurde ein vereinfachtes Verfahren zur Lösung der Strömungsgleichungen entlang des Strömungswegs erstellt. Es basiert auf der Betrachtung einer größeren Anzahl von Blasengrö-ßenklassen. Die erhaltenen numerische Lösungen haben erstmals gezeigt, dass der bei Erhöhung der Gasvolumenstromdichte stattfindende Übergang von einer Blasenströmung mit Randmaximum zu einem Profil mit Zentrumsmaximum und anschließend zu einer Pfropfenströmung ausgehend von einem einheitlichen Satz physikalisch begründeter und geometrieunabhängiger Konstitutivgleichun-gen modelliert werden kann. Die Modellbeziehungen haben sich in einem abgegrenzten Gebiet der Volumenstromdichten als generalisierungsfähig erwiesen und sind für den Einbau in CFD-Modelle geeignet. Weiterhin wurden Arbeiten zur Kondensation durchgeführt, die direkten Bezug zu den Kon-densationsmodellen haben, die in Thermohydraulik-Codes enthalten sind. Die Untersuchung liefert darüber hinaus experimentelle Daten für die Modellvalidierung hinsichtlich des Verhaltens und des Einflusses nichtkondensierbarer Gase. Hierfür wurden spezielle Sonden für die Bestimmung der Konzentration und für die Lokalisierung von Pfropfen nichtkondensierbarer Gase entwickelt und bei transienten Kondensationsversuchen in einem leicht geneigten Wärmeübertragerrohr eingesetzt

Tomographisches Messverfahren für die Gasverteilung in einer Axialpumpe bei Zweiphasenbetrieb

Bei einer Vielzahl von natürlichen und technischen Strömungsvorgängen besteht das strömende Medium aus mehreren Phasen. Bei der Förderung derartiger Medien mit Kreiselpumpen führen bislang nicht genügend bekannte Vorgänge bei bestimmten Betriebsbedingungen zu einer starken Verringerung der Förderleistung und einem Anstieg des Leistungsbedarfs. Bei der Förderung von gasbeladenen Flüssigkeiten kann ein zu hoher Gasanteil zum vollständigen Zusammenbruch der Förderung führen. Zusätzlich führt die erosive Wirkung von Kavitation zu einer starken Minderung der Lebensdauer der Pumpe. Diese Arbeit beschreibt ein neuartiges Verfahren, das es erstmals gestattet, die Methode der Gamma-Tomographie zur Bestimmung der örtlichen Phasenverteilung innerhalb von rotierenden Pumpenläufern und ähnlichen Bauteilen anzuwenden. Dabei wird eine Zeitauflösung von ca. 100 µs erreicht, mit der die Gasverteilung wesentlich genauer als bisher erfaßt werden kann. Mit dem Tomographen wurden die Vorgänge innerhalb des Läufers einer Axialpumpe bei Förderung eines Luft-Wasser-Gemischs visualisiert. Es wird gezeigt, wie sich die Änderung äußerer Strömungsparameter und die Variation des Arbeitspunktes auf die räumliche Phasenverteilung innerhalb des Läufers auswirkt

Tomographisches Messverfahren für die Gasverteilung in einer Axialpumpe bei Zweiphasenbetrieb

Bei einer Vielzahl von natürlichen und technischen Strömungsvorgängen besteht das strömende Medium aus mehreren Phasen. Bei der Förderung derartiger Medien mit Kreiselpumpen führen bislang nicht genügend bekannte Vorgänge bei bestimmten Betriebsbedingungen zu einer starken Verringerung der Förderleistung und einem Anstieg des Leistungsbedarfs. Bei der Förderung von gasbeladenen Flüssigkeiten kann ein zu hoher Gasanteil zum vollständigen Zusammenbruch der Förderung führen. Zusätzlich führt die erosive Wirkung von Kavitation zu einer starken Minderung der Lebensdauer der Pumpe. Diese Arbeit beschreibt ein neuartiges Verfahren, das es erstmals gestattet, die Methode der Gamma-Tomographie zur Bestimmung der örtlichen Phasenverteilung innerhalb von rotierenden Pumpenläufern und ähnlichen Bauteilen anzuwenden. Dabei wird eine Zeitauflösung von ca. 100 µs erreicht, mit der die Gasverteilung wesentlich genauer als bisher erfaßt werden kann. Mit dem Tomographen wurden die Vorgänge innerhalb des Läufers einer Axialpumpe bei Förderung eines Luft-Wasser-Gemischs visualisiert. Es wird gezeigt, wie sich die Änderung äußerer Strömungsparameter und die Variation des Arbeitspunktes auf die räumliche Phasenverteilung innerhalb des Läufers auswirkt