Flüssighelium
Weltweit wird in den Tieftemperaturphysiklaboren verflüssigtes Helium zur Erzeugung tiefster Temperaturen eingesetzt, so auch an der TU Dresden. Mit einem Normalsiedepunkt von 4,2 K (-269°C) ist Helium das tiefstsiedenste Element. Auch die Bitzer-Professur für Kälte-, Kryo- und Kompressorentechnik betreibt einen Heliumverflüssiger mit einer Kapazität von 27 l/h und einem 2500 l Flüssigheliumspeicher. Eine Besonderheit an dieser Anlage: Sie steht neben dem alltäglichen Verflüssigungsbetrieb auch für Forschung, sowie für studentische Forschungsarbeiten zur Verfügung.
• Thema: Wasserstoffkontaminationen in Flüssighelium
H2-Spuren im Flüssighelium bereiten vielerorts Probleme im Laborbereich. Eine genauere wissenschaftliche Untersuchung des kryogenen Systems Helium/Wasserstoff ist notwendig um ingenieurstechnische Lösungsansätze zu entwickeln.
Aktuelle Aufgabenstellungen
z.Z. Themen auf Nachfrage
Euer Ansprechpartner für den Themenbereich
wiss. Mitarbeiter
NameHerr Dipl.-Ing. Julian Will
- Kryotechnik -
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• Thema: Heliumtransfer
Die Abfüllung von verflüssigtem Helium (LHe) in mobile Kannen beschränkt den Gesamtwirkungsgrad und die Leistungsfähigkeit von Laborverflüssigern erheblich. In der Gruppe Kryotechnik werden Lösungen für den verlustarmen Transfer von LHe entwickelt und optimiert.
Aktuelle Aufgabenstellungen
Die zentrale Heliumanlage der TU Dresden versorgt verschiedene Forschungsgruppen der Universität mit Flüssighelium. Dabei wird das Helium aus einem stationären Dewargefäß der zentralen Anlage in mobile Transportkannen geleitet und anschließend an die einzelnen Verbraucher geliefert. An dieser Abfüllanlage soll ein zweiflutiges Abfüllsystem bestehend aus einer Turbopumpe und kryogenen Transferleitungen installiert werden.
Im Rahmen der Diplomarbeit soll eine transiente Simulation der Anlage mit Hilfe der Simulationsumgebung Dymola erfolgen. Anschließend sollen Maßnahmen zur Reduktion der auftretenden Verdampfungsverluste wie bspw. günstige Ventilschaltungen und Pumpendrehzahlen abgeleitet werden. Die Simulationsergebnisse sind abschließend an der installierten Anlage zu validieren.
Mögliche Einzelaspekte:
- Recherche zur Simulation kryogener Transfersysteme
- Identifikation optimaler Verschaltungsvarianten
- Modellierung des Transfersystems
- Transiente Simulation
- Ggf. Experimentelle Validierung
Betreuer: Dipl.-Ing. J. Doll
Derzeit wird der Einsatz von grünem Flüssigwasserstoff als Energieträger für verschiedene Fahrzeugklassen diskutiert. Zusätzlich zum kryogenen Tanksystem muss eine Pumpe geschafft werden, die bei niedrigen Volumenströmen hohe Druckdifferenzen überwindet, um eine Brennstoffzelle oder einen H2-Verbrennungsmotor zu beliefern. Seitenkanal-/Peripheralpumpen könnten dabei eine technologische Lücke zwischen Kolben- und Turbopumpen schließen. Auf Basis der Recherche soll zunächst ein Prototyp für Flüssighelium konzipiert werden. Anschließend soll dieser Prototyp für Flüssigwasserstoff ertüchtigt werden.
Mögliche Untersuchungspunkte:
- Literaturrecherche zur Theorie von Seitenkanal-/Peripheralpumpen
- Recherche Praxisbeispiele kryogener Pumpen
- Identifikation der Potentiale gegenüber Kreisel- und Kolbenpumpen
- Auslegung eines Pumpenprototypen für Flüssighelium
- Konstruktion der Pumpe
- Transferansätze zur Umsetzung für LH2
Betreuer: Dipl.-Ing. J. Doll
In der Arbeitsgruppe Kryotechnik werden derzeit Kreiselpumpen für den Flüssighelium- und Flüssigwasserstofftransfer entwickelt. Um die betriebsbedingte Erosion der Bauteile zu verhindern, muss unter anderem die Kavitationsneigung der Prototypen in Form der erforderlichen Haltedruckhöhe (NPSHR-Wert) in der Auslegung berücksichtigt werden. Die Quantifizierung der Kavitationsneigung ist dabei mit Hürden verbunden, da häufig gelöste Gase als Kavitationskeime in der tiefkalten Flüssigkeit fehlen. Vorhandene Modelle für Wasser als Fördermedium sind somit nicht einfach anwendbar.
Im Zuge der Belegarbeit sollen die auftretenden Kavitationsmechanismen anhand von Praxisbeispielen identifiziert werden. Weiterhin sollen Ansätze zur Quantifizierung des NPSHR-Werts entwickelt werden.
Mögliche Untersuchungspunkte:
- Literaturrecherche zu Kavitationsmechanismen in kryogenen Flüssigkeiten
- Recherche und Analyse von Praxisbeispielen (Ausführung Inducer oder Saugläuferstufe)
- Identifikation von Maßnahmen zur Minderung der Kavitation bei bestehender Entwicklung
Betreuer: Dipl.-Ing. J. Doll
Euer Ansprechpartner für den Themenbereich
wiss. Mitarbeiter
NameHerr Dipl.-Ing. Johannes Doll
- Kryotechnik -
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