Contact

Dr. Norbert Weber
Magnetohydrodynamics
norbert.weberAthzdr.de
Phone: +49 351 260 3112

Eye catcher

Numerische Simulation von Flüssigmetallbatterien

Experimente mit Flüssigmetallbatterien sind anspruchsvoll: hohe Temperaturen, die inerte Atmosphäre und das reaktive Zellinventar erschweren (Geschwindigkeits-) Messungen. Daher werden die Experimente durch numerische Simulationen ergänzt. Entsprechende Modelle werden am HZDR entwickelt und in der open source CFD Bibliothek OpenFOAM implementiert. Alle Löser werden kontinuierlich weiterentwickelt und mit Hilfe der Versionierungssoftware git gepflegt. Neue Modelle werden mit experimentellen Daten, theoretischen Modellen oder anderen numerischen Modellen validiert. Momentan sind folgende Ein-Phasen Löser am HZDR verfügbar:

  • Löser für magnetohydrodynamische Instabilitäten (Tayler Instabilität)
  • Löser für doppel-diffusive Instabilitäten (thermo-solutale Konvektion)
  • Mehr-Regionen Löser für magnetohydrodynamische Instabilitäten (Elektrowirbelströmung)

Die verfügbaren Mehr-Phasen Löser sind:

  • Löser für magnetohydrodynamische Instabilitäten (Oberflächeninstabilitäten)
  • Löser für thermische Konvektion (Oberbeck-Boussinesq-Approximation)

Die Gitter werden typischerweise mit dem OpenFOAM tool snappyHexMesh erzeugt. Die Geometrien werden dabei mit Hilfe von Autodesk Inventor bzw. Salomé erstellt. Eigens entwickelte Gittergeneratoren verbessern die Auflösung der Grenzschichten; darüber hinaus steht eine effiziente Bibliothek zur Verteilung komplexer Geometrien (die aus verschiedenen Region bestehen) auf mehrere Prozessoren zur Verfügung. Ein eigens entwickelter PCG Löser mit verbesserter Regularisierungstechnik erlaubt eine deutlich genauere Bestimmung des elektrischen Potentials verglichen mit den Standard-Lösern.

Am HZDR entwickelte post processing software umfasst u.a. tools zur Moden-Zerlegung, Grenzflächen-Rekonstruktion, Ultraschall-Strahl Modelle sowie Software zur räumlichen und zeitlichen Mittelung.

Untersuchte Instabilitäten

Foto: Rayleigh-Benard convection LMB ©Copyright: Dr. Norbert Weber

Thermal Effects in Liquid Metal Batteries

Thermal convection appears in liquid metal batteries mainly in the anode, but also in the electrolyte of the cell.
More
Foto: EVF lateral wire ©Copyright: Dr. Tom Weier

Electro-Vortex Flow

Electro-vortex flow may appear when an electric current di­verges or con­verges inside a liquid conductor.
More
Foto: Sloshing intability ©Copyright: Dr. Norbert Weber

Interfacial instabilities

The metal pad roll instability limits the possible electrolyte layer thickness as well as the electric current for aluminium reduction cells as well as liquid metal batteries.
More
Foto: Tayler instability ©Copyright: Dr. Norbert Weber

The Tayler Instability

The Tayler instability limits the up-scalability of liquid metal batteries and plays a major role in astrophysics.
More

Publikationen


Contact

Dr. Norbert Weber
Magnetohydrodynamics
norbert.weberAthzdr.de
Phone: +49 351 260 3112