Hochaufgelöste Messung und Simulation der Gasstrahlbeaufschlagung auf eine freie Metallschmelzoberfläche
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt untersucht die Wechselwirkungen zwischen Hochgeschwindigkeits-Gasstrahlen und freien Flüssigkeitsoberflächen. Diese Strömungskonfiguration wird unter anderem in der Stahlerzeugung bei Sauerstoffblasverfahren genutzt. Für die Untersuchungen wird zunächst ein neues Modellexperiment erstellt, das die zeitlich hochaufgelöste Beobachtung der Flüssigkeitsoberfläche sowie ebenfalls zeitlich hochaufgelöste Schlierenaufnahmen der Gasstrahlen ermöglicht. Die Gasströmung wird durch eine konvergente Düse beschleunigt, im Experiment lassen sich so subsonische bis sonische Freistrahlen erzeugen. In den Experimenten werden Wasser und die bei Raumtemperatur flüssige Legierung GaInSn als Modellschmelzen einsetzt. In umfangreichen Untersuchungen wird die Dynamik der freien Oberfläche erforscht. Das Auftreten charakteristischer Strömungsstrukturen und Phänomene, beispielsweise die rotierende Schwappbewegung der Oberfläche oder die Zerstäubung von Oberflächenstrukturen in einzelne Tröpfchen, wird in Abhängigkeit von den relevanten Ähnlichkeitskennzahlen kartiert. Mithilfe von Schlierenaufnahmen werden Einzelheiten der Gasströmung, insbesondere Verdichtungsstöße und Schallwellen, erfasst. Es wird gezeigt, dass die auf die flexible Oberfläche auftreffenden Gasstrahlen ein deutlich anderes Schallspektum erzeugen als Gasstrahlen der gleichen Mach-Zahl, die auf eine feste Oberfläche gelenkt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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A new liquid metal experiment to investigate surface wave behaviour in a BOF converter. 28. Fachtagung Experimentelle Strömungsmechanik, 7.-9. September 2021, Bremen
Burkert J. & Schwarze R.
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A new experimental setup for time-resolved measurements of interactions between gas jets and flexible surfaces. Measurement Science and Technology, 33(12), 125202.
Burkert, Johannes & Schwarze, Rüdiger
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Analysis of Surface Behavior and Cavity Oscillations in a Liquid Metal Model Experiment of the Basic Oxygen Furnace Process. steel research international, 96(5).
Burkert, Johannes & Schwarze, Rüdiger
