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Thermohydraulik (THEA)

Die Entwicklung von Kryopumpen erfordert eine detaillierte Ausarbeitung des technischen Designs der Kühlkreisläufe der Pumpen. Hierzu müssen die verschiedenen Möglichkeiten der Wärmeübertragung an die kryogenen Flüssigkeiten unterschieden werden. Einmal die Verdampfungskühlung und somit zweiphasige Kühlung sowie die einphasige Kühlung mit erzwungener Strömung des Kryogens. Die hydro- und thermodynamische Eigenschaften der teilweise komplexen Rohrleitungssysteme müssen für die jeweilige Anwendung und das verwendete Kühlverfahren bestmöglich abgeschätzt werden.

Während die Druckverlustbeiwerte von konventionellen Bauteilen relativ gut bekannt sind, muß man für spezielle Komponenten auf eigene Rechnungen zurückgreifen. Im Bereich der Kryoanwendungen sind dies in der Regel turbulente Strömungen, die mit Hilfe der Methoden der Computational Fluid Dynamics gut beschrieben werden können. Ein spezielles Problem stellen jedoch hydrogeformte Komponenten dar, die sich durch lanzettenförmige Strömungsquerschnitte auszeichnen, deren Modellierung sehr unsicher ist.

Zur experimentellen Bestimmung von Druckverlusten betreiben wir daher die Versuchsanlage THEA. Das Betriebsmedium ist Wasser in einem Temperaturbereich von Umgebungstemperatur bis etwas 70°C. Die gefundenen Messwerte werden dann nach dem Ähnlichkeitsprinzip der Reynolds-Zahl auf andere Fluide und Betriebsbedingungen übertragen. Es zeigte sich, dass die Vorhersage von kryogenen Druckverlusten mit diesem experimentellen Ansatz sehr gut und zuverlässig funktioniert.

 - PIC10 -