Untersuchung elektromagnetischer Strömungsbeeinflussung in elektrisch leitfähigen Fluiden mit Hilfe von 2d2k/1d3k-Ultraschall-Doppler-Array-Techniken

Die elektromagnetische Strömungsbeeinflussung spielt eine wichtige Rolle in der metallischen Werkstofftechnik. Wichtige potentielle Anwendungsgebiete sind Strömungsoptimierungen für die Herstellung einkristalliner Halbleiterkristalle (450 mm Siliziumwafer) und die Optimierung von Stahlgussprozessen.
Zur Validierung der numerischen Strömungssimulationen verwendet man häufig ein Wassermodell des zugehörigen Prozesses. Dieses ermöglicht prinzipiell den Einsatz von Laserverfahren zur Strömungsvermessung, spiegelt jedoch wegen der unterschiedlichen Eigenschaften von Metallen und Wasser die physikalische Realität nur unzureichend wider.
Zur Strömungsmessung in Metallschmelzen bedient man sich daher häufig der Ultraschall-Messtechnik unter Ausnutzung des Doppler-Effektes. Die Messaufbauten ermöglichen in der Regel die Messung einer Geschwindigkeitskomponente entlang einer Linie.
Zukünftige Messaufgaben wie beispielsweise die Vermessung inkohärenter Strömungsfelder können mit den vorhandenen Messgeräten nicht realisiert werden. Das liegt im wesentlichen an der fehlenden zeitlichen Auflösung der Messsysteme und der langsamen Traversierung.
Der Vortrag präsentiert aktuelle Ergebnisse bei Ultraschallmessungen in der Metallurgie. Dabei wird vorgestellt, wie die Erhöhung der zeitlichen Auflösung und damit die Messung instationärer Felder erreicht werden kann. Beschrieben werden dabei grundsätzliche Erwägungen hinsichtlich der Wandler-Geometrie und des Schallfeldes, Probleme bei der Schallanregung in der Flüssigkeit und Elemente der Signalverarbeitung. Die erreichbare maximale zeitliche und örtliche Auflösung wird theoretisch und experimentell dargelegt.