Anwendung des Ultraschall-Doppler Verfahrens zur Bestimmung von Geschwindigkeitsprofilen in Flüssigmetallströmungen

Aufgrund der spezifischen Eigenschaften metallischer Schmelzen ist die Bestimmung lokaler Strömungseigenschaften wesentlich diffiziler als in Luft oder Wasser. Gegenwärtig gibt es auf dem Markt kaum zuverlässige Meßtechnik, um Geschwindigkeiten in Flüssigmetallströmungen speziell bei höheren Temperaturen zu bestimmen, obwohl gerade für Anwendungen in der Industrie (Stahl, Aluminium, Magnesium, ...) ein großer Bedarf festzustellen ist. Eine weitere Optimierung einschlägiger Produktionstechnologien setzt ein umfassendes Wissen über die Struktur und Transporteigenschaften der Strömung voraus.
Die Ultraschall-Doppler Methode wird bereits kommerziell zur Geschwindigkeitsmessung in Fluiden genutzt. Ein wesentlicher Vorteil des Ultraschall-Doppler Verfahrens besteht in der Möglichkeit, nicht-transparente Fluide zu untersuchen, ohne die Strömung durch den Sensor zu stören. Andererseits ist die heute verfügbare Technik auf Anwendungen bei kleinen Temperaturen (T < 150°C) beschränkt. Aus diesem Grund wurden Anstrengungen unternommen, diese Methode für Flüssigmetallanwendungen bei höheren Temperaturen zu qualifizieren. In unserem Labor wurde die Eignung des Ultraschall Doppler Verfahrens für Strömungen von InGaSn, PbBi, SnPb und Natrium bis zu Temperaturen von 250°C demonstriert, wobei es gelang, die Ultraschallenergie in das Fluid einzukoppeln und verwertbare Echosignale aufzunehmen. Mit einem optimierten Meßaufbau wurden Geschwindigkeitsprofile einer Natriumkanalströmung gemessen.