AiF-FV-Nummer 407 ZBG

Entwicklung eines laseroptischen Geschwindigkeitssensors mit hoher Ortsauflösung zur Untersuchung von Gas- und Flüssigkeitsströmen in Verzweigungssystemen am Beispiel eines Brennstoffzellenstapels

Status & Laufzeit

Abgeschlossen: 01.01.2012 bis 31.03.2015

Forschungsstellen

  • Zentrum für BrennstoffzellenTechnik gGmbH
    Carl-Benz-Str. 201, 47057 Duisburg
    http://www.zbt-duisburg.de/

  • Technische Universität Dresden Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik Institut für Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik Professur für Mess- und Sensorsystemtechnik
    Helmholtzstraße 18, 01069 Dresden
    http://www.tu-dresden.de/et/mst/

Zusammenfassung

Bei vielen industriellen Anwendungen gilt es, die Aufteilung von Stoffströmen in mehrere Verzweigungen aus kleinen Rohrleitungen zu realisieren. Zu nennen sind hier z.B. Rohrbündelwärmetauscher in der chemischen oder Lebensmittel-Industrie, Ladeluftkühler in der Automobil-Industrie, oder Querstromverteiler bei der Papierherstellung. Ein besonders komplexes Verteilersystem für Gasströme stellt z.B. das so genannte Manifold eines Brennstoffzellen-Stapels dar. Die Verteilung von Stoffströmen in Rohrverzweigungssystemen hängt von verschiedenen Parametern ab und erfordert oftmals die Auslegung spezieller Einlauf- bzw. Durchströmungsgeometrien. Die Auslegung dieser Geometrien erfolgt über numerische Strömungssimulationen, für die experimentell ermittelte Randbedingungen z.B. Geschwindigkeitsverteilungen, erforderlich sind. Aufgrund des oft begrenzten Bauraums, der eingeschränkten Zugänglichkeit und der Anforderung an eine örtlich hochauflösende, berührungslose Messmethode kommen kommerziell erhältliche Geschwindigkeitsmesssysteme oft nicht in Frage. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es daher, einen Sensor auf Basis der Laser-Doppler-Anemometrie zu entwickeln, der optisch und berührungslos in der Lage ist, Geschwindigkeitsprofile in kleinen Rohrleitungen örtlich hochaufgelöst zu erfassen. Ein solcher Multimode-LDA-Sensor für Ortsauflösungen im Zehntel- bis Hundertstel-Millimeter-Bereich ist für Messungen in kleinen rohrähnlichen Systemen noch nicht etabliert und auf dem Markt für Strömungsmessgeräte nicht erhältlich. Die Leistungsfähigkeit des Sensors wird am Manifold eines Brennstoffzellen-Stapels demonstriert. Aufbauend auf den Messungen können somit über numerische Simulationen Design-Kriterien für eine strömungsmechanische Optimierung des Manifolds identifiziert werden. Durch diese Kombination von experimentellen und numerischen Verfahren wird beispielhaft eine Lösung der Gleichverteilungsproblematik in einem Rohrverzweigungssystem demonstriert.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird / wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Dokumente