Vorschläge für Belege/Diplomarbeiten

Geschwindigkeitssonde für elektrisch leitfähige Flüssigkeiten

Lokale Strömungsmessung in flüssigen Metallen mittels Ultraschall-Doppler Verfahren

Gefügecharakterisierung unter Magnetfeldeinfluss erstarrter Gusslegierungen

Studentische Hilfskraft (Beleg-/Diplomarbeit)

Geschwindigkeitsmessung an einer beeinflussten Plattengrenzschicht

Konzentrationsmessungen mit der Hintergrund-Schlieren-Methode

Entwicklung eines 3D-3C PIV Systems

Geschwindigkeitssonde für elektrisch leitfähige Flüssigkeiten

Die Geschwindigkeit in einer Flüssigkeit wird heute mit verschiedenen Meßverfahren bestimmt. In elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten kann die Geschwindigkeit beim Vorhandensein eines Magnetfeldes durch eine Spannungsmessung ermittelt werden. Dieses Prinzip wird in der Magnetohydrodynamik am Forschungszentrum Rossendorf heute für die Strömungsmessung in elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten eingesetzt. Bei den zur Zeit eingesetzten Sonden wird ein zeitlich unverändertes Magnetfeld genutzt.
Im Rahmen einer Diplomarbeit soll ein vorhandener Prototyp der Sonde untersucht werden, bei dem ein zeitlich veränderliches Magnetfeld für die Messung eingesetzt wird.
Inhalt der Untersuchen sind umfangreiche Messungen und Auswertungen an einem vorhanden Versuchsstand, sowie der Aufbau einer weiteren Sonde. Die Spannungen liegen im Bereich von nV und können bis zu einigen 100uV ansteigen. Gemessen werden die Spannungen mit 0.3 mm Drähten, welche präzise positioniert sind. Für die Datenerfassung werden Nanovoltmessgeräte, Vorverstärker und Lock-In Verstärker eingesetzt.
Diese Messgeräte sind für diese Spannungen erprobt und bestens geeignet. Das Verständnis des Induktions Gesetzes und des Ohmsche Gesetzes angewendet in elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten sind für eine zielgerichtete Auswertung sehr hilfreich. Für die Datenanlayse stehen umfangreiche Werkzeuge, wie beispielsweise Mathematica, Origin und Tecplot zur Verfügung.
Ansprechen möchten wir Studentinnen und Studenten der Strömungsmechanik, Physik und der Elektrotechnik.

Ansprechpartner:	Dr. Andreas Cramer,	Tel: 0351-260 2372,	A.Cramer@fzd.de
	Thomas Gundrum,	Tel: 0351-260 2969,	Th.Gundrum@fzd.de

Lokale Strömungsmessung in flüssigen Metallen mittels Ultraschall-Doppler Verfahren

Die Bereitstellung zuverlässiger Messtechnik zur Charakterisierung lokaler Strömungsparameter in Flüssigmetallen stellt eine große Herausforderung dar. Die in der Strömungsmechanik weit verbreiteten optischen Messverfahren, wie z.B. die Laser-Doppler Anemometrie (LDA), scheiden schon von vornherein aufgrund der Nichttransparenz flüssiger Metalle aus. Widrige Umgebungsbedingungen wie hohe Temperaturen oder Drücke bzw. die chemische Reaktivität des Fluids erschweren den Einsatz zuverlässiger und langlebiger Sensoren. Nicht zuletzt durch intensive Entwicklungsarbeiten am FZD während der letzten Jahre ist das Ultraschall-Doppler Verfahren (UDV) inzwischen als geeignete Messtechnik zur Bestimmung von Geschwindigkeiten in metallischen Schmelzen im Temperaturbereich bis 700°C anerkannt. Analog zur LDA ist das UDV auch eine indirekte Messmethode, welche auf den Doppler-Effekt beruht. Das Messprinzip setzt das Vorhandensein von Streuteilchen im Fluid voraus, von denen erwartet wird, dass diese der Strömung schlupflos folgen. Die im Vergleich zu den optischen Verfahren deutlich größere Wellenlänge bewirkt eine geringere Ortsauflösung. Ein wesentlicher Vorteil besteht neben der Einsatzmöglichkeit in nichttransparenten Fluiden in der Messung von linearen Strömungsprofilen in Echtzeit. Dies ermöglicht direkte Aussagen zur Raum-Zeit-Struktur eines Strömungsfeldes. Am FZD laufen Arbeiten zu einer Qualifizierung des Verfahrens hinsichtlich der Messung mehrdimensionaler Geschwindigkeitsfelder und der Auswertung turbulenter Schwankungen. In diesem Zusammenhang ist der Einsatz neuer Hardwarekomponenten oder Auswerteverfahren vorgesehen. Die speziell zu formulierenden Aufgabenstellungen können die Erarbeitung und Programmierung neuer Algorithmen zur Datenbearbeitung (z.B. Turbulenzanalyse), Vergleichsmessungen mit LDA oder PIV in transparenten Strömungen bzw. Geschwindigkeitsmessungen mittels UDV zur Charakterisierung von Strömungsphänomenen in metallischen Schmelzen unter Magnetfeldeinfluss umfassen.
Entsprechend des Umfanges des Arbeitsgebietes sind Aufgabenstellungen mit unterschiedlicher Schwerpunktsetzung denkbar, die je nach Interessenlage gemeinsam mit dem Studenten formuliert werden können.
Dieses Angebot richtet sich vorrangig an Studenten der Fachbereiche Strömungsmechanik und Physik.

Ansprechpartner:

Dr. Sven Eckert,

Tel: 0351-260 2132,

S.Eckert@fzd.de

Gefügecharakterisierung unter Magnetfeldeinfluss erstarrter Gusslegierungen

Durch gezielte Bewegungen einer metallischen Schmelze während der Erstarrung kann in aktiver Weise Einfluß auf die Entstehung von Gussgefügen genommen werden. Es ist möglich, Strömungen im Schmelzbad durch mechanisches Rühren oder den Einsatz zeitabhängiger Magnetfelder zu erzeugen. Die auf diese Art erzwungene Konvektion begünstigt beispielsweise globulitisches gegenüber dendritischem Wachstum und führt zu einer Kornfeinung. Die Methode der elektromagnetisch getriebenen Konvektion wird am FZD im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 609 experimentell untersucht. Das Forschungsziel besteht in der effizienten Herstellung homogener, feinkörniger Gefüge durch die Anwendung maßgeschneiderter Magnetfelder. Untersucht wird die gerichtete Erstarrung verschiedener Materialsysteme, so z.B.PbSn- oder Leichtmetalllegierungen. Die gezielte Strömungskontrolle mittels Magnetfeld ist gleichbedeutend mit einer Steuerung der Transportvorgänge in der Schmelze. Diese Fähigkeit erlaubt einen direkten Zugriffs auf das Temperatur- und Konzentrationsfeld vor der Erstarrungsfront und ermöglicht damit eine Beeinflussung der Morphologie der erstarrenden Schmelze. Im Ergebnis der Erstarrungsexperimente besteht ein Bedarf an umfangreicher und detailierter Auswertung der Gefügemerkmale der unter Magnetfeldeinfluß erstarrten Probekörper. Eine wesentliches Ziel der Arbeit besteht in einer Quantifizierung der durch die elektromagnetische Konvektion hervorgerufenen Morphologieänderungen. Dabei sollen Beziehungen zwischen Gefüge- und Prozeßparametern hergestellt und optimierte Vorgehensweisen bei der magnetfeldkontrollierten Erstarrung abgeleite werden. Die Bearbeitung der Theamtik erfolgt in enger Zusammenarbeit mit erfahrenen Mitarbeitern der Abteilung Magnetohydrodynamik des FZD. Zur Herstellung und Auswertung der Schliffe stehen die entsprechende Hard- und Software (Programmpaket "ImageC") zur Verfügung.
Dieses Angebot richtet sich vorrangig an Studenten der Fachrichtung Materialwissenschaft.

Ansprechpartner:

Dr. Sven Eckert,

Tel: 0351-260 2132,

S.Eckert@fzd.de

Studentische Hilfskraft (Beleg-/Diplomarbeit)

Gesucht wird ein engagierter, selbständig arbeitender Student(in) mit Interesse an experimentell orientierter Arbeit. Dieses Angebot richtet sich sowohl an Studenten der Fachbereiche Strömungsmechanik oder Physik als auch Werkstoffwissenschaften, Elektrotechnik oder Maschinenbau.

Die Abteilung Magnetohydrodynamik des Instituts für Sicherheitsforschung des FZD beschäftigt sich im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 609 der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit anwendungsorientierter Grundlagenforschung in der elektromagnetischen Beeinflussung elektrisch leitfähiger Flüssigkeiten. Eine Anwendung einer solchen Beeinflussung mit Magnetfeldern ist die Züchtung von Einkristallen aus der Schmelze. Hierzu ist der Aufbau eines Modellexperiments nahezu abgeschlossen. Die Aufgabenstellung erstreckt sich auf eine regelbare Strömungskontrolle, die auf Parametervariationen (Frequenz, Stärke) von verschiedenen Magnetfeldtypen (statisch, wandernd, rotierend) beruht. Diese sind vorhanden, so dass die Arbeiten mit der Durchführung von Experimenten begonnen werden können. Den Untersuchungen der Wirkung der einzelnen Feldtypen und Superposition auf die Strömung schließt sich die Optimierung an. Mögliche Zielfunktionen sind hierbei Wunsch-Temperaturverteilungen innerhalb der Schmelze oder auch ein niedriger Turbulenzgrad der Strömung.

Entsprechend des Umfanges des Arbeitsgebietes sind Aufgabenstellungen mit unterschiedlicher Schwerpunktsetzung denkbar, die je nach Interessenlage gemeinsam formuliert werden können. Die Bearbeitung der Thematik erfolgt in enger Zusammenarbeit mit Mitarbeitern der Abteilung Magnetohydrodynamik des FZD. In Abstimmung mit einem betreuenden Hochschullehrer besteht zusätzlich die Möglichkeit für die Anfertigung der interdisziplinären Projektarbeit, des Großen Belegs oder auch der Diplomarbeit. Für die Absolvierung des Fachpraktikums im 7. Semester wird das Forschungszentrum Dresden-Rossendorf vom Praktikumsamt der TU-Dresden anerkannt.

Arbeitsort:	Forschungszentrum Dresden-Rossendorf, Bautzner Landstr. 128
Arbeitszeit:	nach Absprache
Voraussetzungen:	Student(in) idealerweise mit Vordiplom
Vergütung:	6,43 €/Stunde

Ansprechpartner:	Dr. Josef Pal,	Tel: 0351-260 2713,	j.pal@fzd.de
	Dr. Andreas Cramer,	Tel: 0351-260 2372,	a.cramer@fzd.de

Geschwindigkeitsmessung an einer beeinflussten Plattengrenzschicht

Für viele technische Strömung ist es aus verschiedenen Gründen interessant, das Strömungsregime zu kontrollieren. Zum Beispiel wird aktiv an der Verbesserung von Hochauftriebskonfigurationen durch periodische Anregung der abgelösten Strömung geforscht. Dem hohen Interesse am Thema entspricht eine breite Palette an untersuchten Kontrollmöglichkeiten.

Elektrisch (schwach) leitfähige Fluide, wie Seewasser, andere Elektrolyte, aber auch ionisierte Luft, bieten neben den konventionellen Methoden auch die Möglichkeit, mittels elektromagnetischer Kräfte in die Strömung einzugreifen. Durch entsprechende Anordnung von Elektroden und Magneten lässt sich im Fluid eine Volumenkraft, die Lorentzkraft, generieren. Dabei kann zum einen auf komplizierte mechanische Systeme verzichtet werden, zum anderen ist durch die einfache Ansteuerung nahezu jeder beliebiger zeitliche Kraftverlauf einstellbar. Lorentzkraftaktuatoren eigenen sich daher ausgezeichnet zur Grundlagenforschung.

Untersuchungen an einer Plattengrenzschicht zeigen, dass das Blasiusprofil durch Impuls\-eintrag in Strömungsrichtung in ein exponentielles Profil überführt werden kann. Da das exponentielle Geschwindigkeitsprofil sehr stabil gegenüber kleinen Störungen ist, können diese gedämpft werden, was wiederum den laminar/turbulenten Umschlag der Grenzschicht verzögern kann.

Am Forschungszentrum Dresden-Rossendorf sollen im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 609 experimentelle Untersuchungen durchgeführt werden, um vorhandene numerische Ergebnisse zu verifizieren. In einem kleinen Elektrolytkanal sind dafür Experimente zu Anfachungsraten von Tollmien-Schlichting-Wellen in einer elektromagnetisch kontrollierten laminaren Grenzschicht vorgesehen. Sie sollen vorrangig mit Hilfe der Particle Image Velocimetry (PIV) durchgeführt werden. Die zur Verfügung stehende PIV Technik bietet die Möglichkeit, die Strömungsvorgänge zeitlich aufzulösen. Die gewonnenen Daten sollen mit den numerischen Ergebnissen verglichen und bewertet werden. Die Arbeit ist größtenteils experimentell orientiert. Die Ausschreibung richtet sich deshalb vornehmlich an Studentinnen und Studenten der Fachbereiche Strömungsmechanik, Luft- und Raumfahrttechnik und Physik mit Interesse an experimenteller Strömungsmechanik. Die Vergütung erfolgt im Rahmen der üblichen SHK Richtlinien. Es besteht die Möglichkeit eine Studienarbeit/Diplomarbeit anzufertigen.

Ansprechpartner:

Dr. Tom Weier,

Tel: 0351-260 2226,

t.weier@fzd.de

Konzentrationsmessungen mit der Hintergrund-Schlieren-Methode

Elektrochemische Prozesse sind in der Regel von Konzentrationsänderungen begleitet und Stofftransportvorgänge häufig für die Reaktionsgeschwindigkeit ausschlaggebend. Eine Messung der Konzentrationsverteilung kann deshalb wichtige Aussagen zum Prozeßverständnis liefern. Zudem benötigen elektrochemische Prozesse für ihren Ablauf einen Stromfluss, der direkt genutzt werden kann, um mittels einfacher Anordnung von Permanentmagneten innerhalb der Elektrolysezelle eine Strömung anzufachen. Während bei vielen Strömungsvorgängen eher die Dämpfung von Turbulenz und Widerstandsreduktion im Vordergrund steht, kann man mit gezielt eingebrachten Lorentzkräften den Stofftransport in Elektrolysezellen beeinflussen und somit Reaktionsgeschwindigkeit steigern.

Das Synthetische-Schlieren-Verfahren soll angewendet werden, um die Konzentrationverteilung bei der Kupferabscheidung in einer Kupfersulfatlösung zu messen. Das Messprinzip ist dabei denkbar einfach: eine digitale Kamera zeichnet das Bild eines strukturierten Hintergrunds, vor dem die transparante Elektrolysezelle steht, auf. Verändert sich das Konzentrationsprofil in der Zelle, verändert das den Brechungsindex, d.h. das Hintergrundbild wird gegenüber der ausgeglichenen Ausgangskonzentration verzerrt. Die gleichen Effekte verursachen das Hitzeflimmern über heißen Oberflächen im Sommer. Durch die Anwendung von Algorithmen aus der Particle Image Velocimetry lassen sich die Brechungsindexunterschiede quantifizieren und Rückschlüsse auf die Konzentrationsverteilung gewinnen. Zum einen sollen kleinere technische Schwierigkeiten bei der Anwendung des Verfahrens beseitigt, zum anderen Untersuchungen für verschiedene Elektrolysezellen und unterschiedliche Magnetfeldanordnungen durchgeführt werden. Diese Arbeiten sollen am Forschungszentrum Dresden-Rossendorf im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 609 stattfinden.

Die Arbeit ist größtenteils experimentell orientiert. Die Ausschreibung richtet sich deshalb vornehmlich an Studentinnen und Studenten der Fachbereiche Strömungsmechanik, Luft- und Raumfahrttechnik und Physik mit Interesse an experimenteller Strömungsmechanik. Die Vergütung erfolgt im Rahmen der üblichen SHK Richtlinien. Es besteht die Möglichkeit eine Studienarbeit/Diplomarbeit anzufertigen.

Ansprechpartner:

Dr. Tom Weier,

Tel: 0351-260 2226,

t.weier@fzd.de

Entwicklung eines 3D-3C PIV Systems

Elektrochemische Prozesse benötigen für ihren Ablauf einen Stromfluss. Durch geeignete Kombination dieses elektrischen Feldes mit einem externen Magnetfeld kann innerhalb einer Elektrolysezelle eine Lorentzkraft generiert werden. Diese Lorentzkraft erzeugt eine Strömung durch die sich der Stofftransport und somit der gesamte Reaktionsablauf steuern lässt. Am Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) wurden in verschiedenen Zellen Messungen der Strömungsgeschwindigkeiten mittels Particle Image Velocimetry (PIV) durchgeführt. Dazu werden der Strömung Streuteilchen (Tracer) zugeführt. Mit einem Laser wird nun eine Messebene innerhalb der Zelle beleuchtet und mittels einer CCD Kamera aufgezeichnet. Aus der Position der Partikel zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten kann dann die Geschwindigkeit in der Messebene abgeleitet werden. Dabei hat sich gezeigt, dass die Strömung stark dreidimensional ist.

Ziel der ausgeschriebenen Arbeit ist es, das vorhandene Mess-system (2D-2C PIV) so zu erweitern, dass das zwei-dimensionale Geschwindigkeitsfeld in kurzen Zeitabständen in verschiedenen Ebenen gemessen werden kann. Dazu ist es angedacht, den Laser auf einer Traverse automatisch in der dritten Raumdimension zu verfahren und somit das Messvolumen sukzessive zu scannen (3D-2C PIV).

Die nötige messtechnische Ausrüstung ist am FZD bereits vorhanden. Die Kamera und die Traverse müssen synchronisiert werden. Weiterhin sind für verschiedene elektrochemische Konfigurationen Parameterstudien zur Ertüchtigung des Messsystems durchzuführen. In einem zweiten Schritt soll das System durch die Verwendung zweier Kameras auf die dritte Geschwindigkeitskomponente erweitert werden (3D-3C PIV).

Die ausgeschriebene Aufgabe ist größtenteils experimentell orientiert und soll am FZD im Rahmen des SFB 609 durchgeführt werden. Die Ausschreibung richtet sich deshalb vornehmlich an Studentinnen und Studenten der Fachbereiche Strömungsmechanik, Luft- und Raumfahrttechnik und Elektrotechnik. Die Vergütung erfolgt im Rahmen der üblichen SHK Richtlinien. Es besteht die Möglichkeit, eine Studienarbeit/Diplomarbeit anzufertigen.

Ansprechpartner:

Dr. Tom Weier,

Tel: 0351-260 2226,

t.weier@fzd.de


Dr. Galindo, Vladimir - 06.01.2010