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Eye catcher

Elektrowirbelströmung

Elektrowirbelströmung (EWS) tritt immer dann auf, wenn ein elektrischer Strom in einem flüssigen Leiter divergiert. Elektrowirbelströmung ist beim Lichtbogenschweißen, bei der Aluminium-Elektrolyse und in vielen anderen industriellen Prozessen ein wohlbekanntes Phänomen. In Flüssigmetallbatterien wird EWS typischerweise nahe der Stromsammler bzw. der Zuleitungen auftreten; es ensteht eine Strömung, welche von den Wänden weg gerichtet ist (Abb. 1). Diese Strömung kann sehr nützlich sein, um den Stofftransport zu verbessern und den Wirkungsgrad der Zellen zu steigern. Andererseits darf die Elektrowirbelströmung nicht zu stark werden, da sonst die Gefahr einer Deformation der Elektrolytschicht besteht.

EWS Prinzip FMB

Abb. 1: Prinzipskizze zur Entstehung von Elektrowirbelströmung in einer Flüssigmetallbatterie.

EWS Experiment

Abb. 2: Experiment zur Entstehung von Elektrowirbelströmung.

 

Richtung und Stärke der Elektrowirbelströmung kann effizient durch die Positionierung, die Leitfähigkeit und dem Durchmesser der Zuleitungen der Zelle kontrolliert werden. Am HZDR optimieren wir diese Parameter um den Strofftransport in den Zellen zu verbessern. Dazu führen wir Experimente (Abb. 2) und umfangreiche numerische Simulationen durch (Abb. 3).

EWS seitliche Zuleitung

Abb. 3: Eine seitliche Zuleitung bewirkt eine horizontale Elektrowirbelströmung.

Mit Hilfe eines kürzlich entwickelten Lösers bestimmen wir die Stromverteilung in der gesamten Batterie, einschließlich der Zuleitungen. Im Gegensatz zum Experiment können wir numerisch auch den Einfluss des Erdmagnetfelds leicht untersuchen. Sind keine vertikalen Magnetfelder vorhanden, beobachten wir eine ausschließlich poloidale Strömung (Abb. 4, links). Allein die Präsenz des Erdmagnetfelds führt zu Ausbildung einer helikalen oder drehenden Strömung (Abb. 4, rechts).

   EWS ohne Bz    EWS mit Bz

Fig. 4: Das Erdmagnetfeld tranformiert die ursprünglich poloidale Strömung (links) in eine helikale (rechts).

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