Flüssighelium

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