Magnetsysteme auf Basis von Hochtemperatursupraleitern für die Lorentzkraftanemometrie
Dissertation, Technische Universität Ilmenau, 2019
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| Format: | UnknownFormat |
| Sprache: | ger |
| Veröffentlicht: |
Ilmenau
2019
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| Online Zugang: | Inhaltsverzeichnis Abstract |
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Tag hinzufügen | Zusammenfassung: | Dissertation, Technische Universität Ilmenau, 2019 Das Verfahren der Lorentzkraftanemometrie ermöglicht eine kontaktlose Strömungsmessung von Flüssigkeiten mit geringer Leitfähigkeit und Geschwindigkeit. Aufgrund des elektromagnetischen Messprinzips ist die Messung an heißen, aggressiven oder opaken Fluiden möglich. Die Auflösung des Verfahrens lässt sich durch stärkere Magnetfeldquellen erhöhen. Diese Arbeit untersucht und bewertet das Potential von Supraleitern, welche eine höhere Energiedichte als die bisher verwendeten Permanentmagnete besitzen, für eine Verwendung als Magnetfeldquelle in der Lorentzkraftanemometrie. Dafür wird ein geeignetes Material recherchiert und ein notwendiges Kühlkonzept entwickelt. Für die ausführliche Untersuchung der physikalischen Eigenschaften der Supraleiter wurde der Hochtempertursupraleiter YBCO als Bulkmaterial identifiziert und eine Kühlinfrastruktur aufgebaut, welche Magnetisierungen von 5 T und Temperaturen von 20 K durch Flüssighelium erreicht. In den Supraleitern wurden reproduzierbar Magnetfelder eingefroren und Feldmessungen in Abhängigkeit von Temperatur, Durchmesser sowie Abstand bei einer paarweisen Anordnung durchgeführt. Der negative Effekt des Flusskriechens reduzierte sich durch Temperaturreduzierung nach dem Magnetisieren. Mit der gemessenen Flussdichteverteilung der Proben konnte ein numerisches Simulationsmodell entwickelt werden, welches zur Berechnung der zu erwartenden Lorentzkräfte verwendet werden kann. Eine erste Lorentzkraftmessung mit einem einfachen supraleitenden Magnetsystem an einem Kupferzylinder wurde erfolgreich durchgeführt und bestätigt das erarbeitete Modell. Mit dem Modell wurden Optimierungen für die Supraleiteranordnung berechnet und ergeben eine in Strömungsrichtung linear angeordnete Kette von Supraleiterpaaren. Dabei sollte der Abstand der Paare zueinander mindestens ihrem Durchmesser entsprechen. Des Weiteren wird gezeigt, dass für die durch die Magnetisierungsvorrichtung vorgegebenen Systemausdehnungen maximal drei Supraleiterpaare verwendet werden sollten. Größere Anzahlen resultieren in geringeren Lorentzkräften. Die Verwendung von Flüssigstickstoff bei 77 K als Kühlmittel reicht nicht aus um mit den verwendeten Supraleitern höhere Kräfte als das bisherige Permanentmagnetsystem zu erreichen. Erst eine Kühlung unter 50 K mit Flüssighelium oder Kryokühlern erzielt eine vier- bis 22-fache Erhöhungen der Lorentzkraft. |
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| Beschreibung: | Tag der Verteidigung: 30.10.2019 |
| Beschreibung: | ix, 102 Seiten Diagramme, Illustrationen (teilweise farbig) |