Einsatz und Auswertung optischer Messtechnik in Siedekrise- Experimenten

  • Forschungsthema:Siedekrise
  • Typ:Masterarbeit
  • Datum:ab Mai 2021
  • Betreuung:

    Dipl. Ing. Stelios Michaelides und Prof. Xu Cheng

Masterrbeit

Die Verdampfungskühlung stellt eine der effektivsten und am meisten angewendeten Kühlmethoden in der Technik da. Durch den 1000-Fach höheren Wärmeübergangskoeffizienten als bei konvektiver Kühlung und die hohe Verdampfungswärme die von dem Kühlfluid aufgenommen werden kann, können enorme Leistungsdichten übertragen werden. Das Ausfallkriterium dieser Technik stellt das Erreichen der kritischen Wärmestromdichte da, bei der der Siedevorgang vom Blasensieden in das Filmsieden übergeht. Dies wird auch Siedekrise genannt. Der an der zu kühlenden Fläche haftende Dampffilm wirkt isolierend und führt somit zu einem plötzlichen Temperaturanstieg und in der Regel zum mechanischem Versagen der wärmeübertragenden Strukturen. An der Versuchsanlage COSMOS‑L wird im Projekt im KEK-SIMA Projekt mit einer beheizten Edelstahl-Teststrecke die Einsatzgrenzen dieser Kühltechnik im IVR ERVC Kühlsystem der AP (advanced passive) Kernreaktoren der Generation III+ untersucht.


 

Abbildung: Momentaufnahme der Siedenden Strömung


 

Ziel dieser Arbeit ist die Durchführung optischer Betrachtungen mit dem Einsatz von Highspeed-Kameras für vorgegebene Parameterkombinationen und die Ermittlung, mit der Hilfe von digitaler Bildverarbeitungstechnik, strömungsphysikalischer Parameter wie Blasengeschwindigkeit, Dampfanteil und Phasenverteilung. In Kombination mit Messergebnissen von Laseroptischen Glasfasersonden, zur Messung des lokalen Phasenzustandes, sind die Ergebnisse in Bezug zu den bei der Siedekrise vorkommenden Vorgänge zu setzten.

Ablauf der Arbeit

  • Einarbeitung in die theoretischen Grundlagen der Mehrphasenströmungen

  • Einarbeitung in die Digitale Bildverarbeitung der optischen Messdaten

  • Versuchsplanung und Versuchsdurchführung an der COSMOS-L Anlage

  • Auswertung und Interpretation der gewonnenen Messdaten

Wünschenswerte Voraussetzungen des Kandidaten

  • Bachelor-Abschluss der Studiengänge Maschinenbau, Verfahrenstechnik o. ä

  • Grundkenntnisse in Strömungsmechanik oder Mehrphasenströmungen

  • Grundkenntnisse und erste Erfahrungen in der Programmierung (bevorzugt Python)


Start der Arbeit: Ab Mai 2021

Betreuer: Michaelides Stelios

Kontakt: stelios michaelides does-not-exist.kit edu