Institut für Neutronenphysik und Reaktortechnik (INR)

Experimentelle und analytische Untersuchungen von Flüssigmetallströmungen mit freier Oberfläche für das Neutronenproduktionstarget der Fusionsneutronenquelle DONES

  • Forschungsthema:Experimentelle und analytische Untersuchungen von Flüssigmetallströmungen mit freier Oberfläche für das Neutronenproduktionstarget der Fusionsneutronenquelle DONES
  • Typ:PhD Arbeit
  • Datum:Sofort
  • Betreuer:

    Dr.-Ing. Wolfgang Hering (INR/ASS),
    Tel.: 0721 608 22556,
    E-Mail: wolfgang.hering @kit.edu 

  • Arbeitstitel: Experimentelle und analytische Untersuchungen von Flüssigmetallströmungen mit freier Oberfläche für das Neutronenproduktionstarget der Fusionsneutronenquelle DONES

    Ziele: Messung der Geschwindigkeit und Oberflächenstruktur von freien Flüssigmetalloberflächen mittels bildgebenden Verfahren und/oder optischer (Laser-) Abtastung. Modellentwicklung für CFD (Computational Fluid Dynamics) mit anschließender Validierung und Anwendung.

    Tätigkeit: Flüssigmetalle werden in vielen Bereichen der Energietechnik eingesetzt bzw. sind für den Einsatz vorgesehen. Im Bereich der Fusion werden flüssige Lithium-Legierungen in den Brutblankets eingesetzt. In der konzentrierenden Solarthermie wird Natrium als Wärmeträger und –speichermedium vorgesehen, und im Bereich Nuklear gibt es z.B. Reaktorkonzepte mit Blei-Kühlung. Hierbei treten freie Oberflächen auf, deren Dynamik und Form sich auf Grund der hohen Oberflächenspannung flüssiger Metalle von denen konventioneller Fluide unterscheiden. Am Beispiel einer Flüssigmetallströmung über eine schiefe Ebene sollen wesentliche Phänomene ermittelt und genaue Erkennungsmethoden entwickelt werden.
    Am KIT/INR wird hierzu derzeit ein Experiment aufgebaut, an dem Sie Messungen durchführen, Messsysteme entwickeln und dabei folgende Fragestellen untersuchen: Welchen Einfluss haben die Austrittsdüse (Form, Rauigkeit etc.) und die Oberflächenbeschaffenheit des Untergrundes auf das Strömungsverhalten? Mit welchen Methoden kann die Dickenverteilung der Flüssigmetallschicht, die Oberflächengeschwindigkeit und die Oberflächenstruktur der Strömung am besten gemessen werden? Wie kann das unter den Randbedingungen von DONES realisiert werden?
    Die Flüssigmetallströmung soll im Experiment mittels Ultraschall und Laserabtastung charakterisiert werden, um Daten für die Simulation zu bekommen. Die Oberflächenstruktur soll dabei qualitativ (z.B. optische Wellenform) und quantitativ (z.B. Amplituden der Wellenberge) erfasst werden. Für die Simulation stehen Ihnen sowohl kommerzielle Programme wie CFX als auch „open source“-Programme wie Open FOAM zur Verfügung. Basierend auf den Erkenntnissen entwickeln Sie Messsysteme für DONES, die ein sicheres Abschalten des Beam erlauben. Ansätze hierzu sind vorhanden, wie z.B. online-Bildverarbeitung (Referenzbild der Düse), Time-of-Flight, Interferometrie, etc.

    Persönliche Qualifikation: Abgeschlossenes Hochschulstudium (Universität) im Bereich: Maschinenbau, Verfahrenstechnik, Physik oder vergleichbarem.

    Institut / Abteilung: Institut für Neutronenphysik und Reaktortechnik (INR)

    Vertragsdauer: 36 Monate

    Eintrittstermin: Sofort

    Bewerbung bis: 30.6.2017

    Ansprechpartner: Dr.-Ing. Wolfgang Hering (INR/ASS), Tel.: 0721 608 22556, E-Mail: wolfgang.hering @kit.edu,
    sowie Dr.-Ing. Sebastian Ruck