Magnetohydrodynamik
Die Magnetohydrodynamik (MHD) ist ein spezielles Fachgebiet der Thermohydraulikforschung und befasst sich mit der Wechselwirkung zwischen elektrisch leitfähigen Fluiden und elektromagnetischen Feldern. Die Forschung am HZDR offenbart eine große Bandbreite an Grundlagen- und angewandten Forschungen, die sich von der Hochtemperatur-Energieübertragung, neuen Flüssigmetallbatterien, der Herstellung von Solar-Silizium, einer CO2-freien Wasserstofferzeugung, dem Einsatz von Flüssigmetalltargets in Neutronenquellen und Transmutationsanlagen, dem Gießen von Stahl und Leichtmetallen, Schweiß- und Lötprozessen, bis zu grundlegenden Laborexperimenten mit Bezug zu flüssigmetallgekühlten Systemen, der Materialverarbeitung oder der Geo- und Astrophysik erstreckt.
Geo- und Astrophysik
Kosmische Magnetfelder werden durch durch den hydromagnetischen Dynamoeffekt erzeugt und spielen vermittels der Magnetorotations-Instabiliät (MRI) eine wesentliche Rolle bei der kosmischen Strukturbildung. Flüssigmetall-Experimente können zum besseren Verständnis dieser fundamentalen Prozesse beitragen.
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Energiespeicherung und -wandlung mit Flüssigmetallen
Flüssigmetalle bieten beim Einsatz in Energiespeichern und bei der Energieumwandlung eine Reihe von Vorteilen: kostengünstige Herstellungsverfahren, hohe Zyklenzahlen und gute Skalierbarkeit.
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Flüssigmetall-Modellexperimente in Metallurgie und Kristallzüchtung
Die angestrebte Optimierung von Prozessen in der Metallurgie oder bei der Kristallisation von Halbleitermaterialien hinsichtlich Produktqualität und Energieeffizienz setzt ein tiefgreifendes Verständnis von den Strömungsvorgängen in den Schmelzen voraus.
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Messtechnik für Flüssigmetalle
Die Kenntnis der Strömung oder der Gasverteilung in flüssigen Metallen ist sowohl für Experimente im Labor als auch für industrielle Anwendung von großer Bedeutung. Aufgrund der Lichtundurchlässigkeit dieser Fluide können etablierte optische Methoden nicht eingesetzt werden. Zusätzlich stellt die Korrosivität und die hohen Temperaturen der Schmelzen große Herausforderungen an die Messtechnik.
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Rayleigh-Bénard Konvektion in Flüssigmetallen
Thermisch getriebene Konvektionsströmungen sind in vielen Bereichen der Natur und Technik anzutreffen. Aus geo- und astrophysikalischer Sicht besonders interessant dabei sind Konvektionsströmungen bei sehr niedrigen Prandtl-Zahlen, das heißt in Fluiden mit geringer Viskosität und besonders hoher Wärmeleitfähigkeit. Experimente mit den niedrigsten Prandtl-Zahlen lassen sich nur mit Flüssigmetallen realisieren und stellen eine große Herausforderung dar.
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Erstarrung metallischer Legierungen
Konvektiver Transport spielt eine wichtige Rolle bei Erstarrungsvorgängen. Der Einsatz des elektromagnetischen Rührens in erstarrenden Schmelzen ist attraktiv, da über eine völlig kontaktlose Kontrolle der Strömung eine aktive Einflussnahme auf die Gefügemerkmale und damit auf die mechanischen Eigenschaften gegeben ist.
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Flüssigmetall-Mehrphasenströmungen
Flüssigmetall-Zweiphasenströmungen sind von besonderer Bedeutung für viele Prozesse in der Metallurgie und beim Metallgießen. Zum Beispiel beruht die sekundärmetallurgische Behandlung von flüssigem Stahl auf der Injektion von Spülgas zur Verbesserung der Stahlreinheit. Ziele sind eine effektive Homogenisierung und die Abscheidung von Verunreinigungen durch Flotation.
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