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Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Christian Cierpka

Fachgebietsleiter

Telefon +49 3677 69-2410 (Sekretariat)

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INHALTE

Kompetenzen und Messtechnik-Dienstleistungen

Am Fachgebiet wird seit langem intensiv in den Bereichen Konvektion, Magnetofluiddynamik, Energiespeicher, Mikrofluidik und Strömungsmesstechnik geforscht. Dabei finden numerische und experimentelle Methoden Anwendung. Im Bereich der experimentellen Messtechniken wird am Fachgebiet stetig an deren Weiterentwicklung gearbeitet, um die Grenzen der Strömungscharakterisierung hinsichtlich örtlicher und zeitlicher Auflösung sowie kombinierter Messung mehrerer Größen weiter zu verschieben und damit die physikalischen Phänomene besser beschreiben zu können.

Forschungsschwerpunkte

Konvektion

  • Untersuchung wandnaher Transport- und Strukturbildungsprozesse in turbulenten Rayleigh-Bénard-Strömungen
  • Untersuchung der Feinstrukur turbulenter thermischer Grenzschichten und kohärenter Strukturen in großskaligen Konvektionsströmungen
  • Untersuchung von Raumluftströmungen bei gemischter Konvektion
  • Numerische und experimentelle Untersuchungen von Wärmetransportvorgängen

Magnetofluiddynamik

  • Berührungslose Strömungsmessung und Strömungskontrolle in Flüssigmetallschmelzen und schwachleitfähigen Fluiden
  • Numerische und experimentelle Untersuchungen elektromagnetischer Formung und Kontrolle freier Flüssigmetallgrenzflächen
  • Experimentelle Untersuchungen von Mehrphasenströmungen in Magnetfeldern

Energiespeicher

  • Experimentelle Untersuchungen zu Flüssigmetallbatterien
  • Experimentelle Analyse der elektrochemischen Energieumwandlung zur Wasserstoffproduktion unter Magnetfeldeinfluss und zur Brennstoffzellentechnologie
  • Experimentelle Charakterisierung von Strömungen in Wärmespeichern

Mikrofluidik

  • Experimentelle Untersuchungen zur Strömungsbeeinflussung mittels akustischen Oberflächenwellen
  • Entwicklung optischer Messtechnik zur simultanen Skalarfeld- und Temperaturmessung
  • Optimierung der Strömungsführung in mikrofluidischen Brennstoffzellen zur Steigerung der Brennstoffausnutzung und Effizienz 

Leistungsangebot

Konvektion

  • experimentelle Validierung numerischer Strömungssimulation (CFD)
  • Kalibrierung von Geschwindigkeitssensoren im Strömungskanal
  • Modelluntersuchungen im Wind- und Wasserkanal
  • Numerische und experimentelle Untersuchungen von Wärmetransportvorgängen
  • Strömungs- und Temperaturmessung in Luft und Wasser

Magnetofluiddynamik

  • Strömungsmessung in Flüssigmetallschmelzen
  • Numerische und experimentelle Untersuchungen elektromagnetischer Formung und Kontrolle freier Flüssigmetallgrenzflächen
  • Strömungsmessungen in Elektrolyten und Salzschmelzen

Energiespeicher

  • Experimentelle Untersuchungen an Wärmespeichern
  • Bereitstellung von Messdaten der Umweltmessstation der TU Ilmenau
  • Wärmetechnische Beurteilung (einschließlich Infrarot) von Gebäudehüllen oder technischen Systemen
  • Strömungs- und Temperaturmessungen in Wasserspeichern

Mikrofluidik

  • Experimentelle und numerische Untersuchungen bestehender Mikrofluidikchips
  • Auslegung und Optimierung von Systemen zur Strömungsbeeinflussung mittels akustischer Oberflächenwellen
  • Berührungslose Temperatur und dreidimensionale Geschwindigkeitsmessung in Mikrokanälen

Laboreinrichtungen und Teststände

Konvektion

  • Rayleigh-Bénard-Zellen für hohe Rayleigh-Zahlen und hohe Aspektverhältnisse (Wasser)
  • Windkanal (30 m/s)
  • Wasserkanal (5 m/s)

Magnetofluiddynamik

  • Diverse Flüssigmetall-Umlaufkanäle (Niedrigtemperatur-Teststand zur elektromagnetischen Kontrolle von turbulenten Flüssigmetall-Kanalströmungen mit geschlossener Messtrecke und freier Oberfläche, Teststand zur Kalibrierung von Lorenztkraft-Anemometern in Flüssigzinn (LiTinCa), Flachwasser-Flüssigmetallkanal, Flüssigzinn-Umlaufkanal (TinTeLo))
  • Elektrolytkanal (5 m/s)
  • Elektromagnet 500mT und Hochfeldmagnet 5T (am FG Elektrowärme)
  • Modellzelle zur Untersuchung von Flüssigmetallbatterien

Energiespeicher

  • Speicherteststand für Wärmespeicher (nach DIN/EN)
  • Versuchsstand Absorptionskältemaschine

Mikrofluidik

  • Zeiss Mikroskop Axio Observer 7 (Kontrastverfahren: Hellfeld, Polarisation, Fluoreszenz) mit bis zu 20x Vergrößerung zur dreidimensionalen Charakterisierung von Mikroströmungen
  • Motic Mikroskop (Kontrastverfahren: Hellfeld, Phasenkonstrast, Fluoreszenz)  mit bis 40x Vergrößerung
  • Absaugsystem für die Untersuchung elektrochemischer Reaktionen
  • 2-kanaliger PowerSAW-Generator zur Anregung von hochfrequenten akustischen Oberflächenwellen (bis 215 MHz) für die SAW-Mikrofluidik
  • Bipotentiostat (VSP-300, Fa. BioLogic) mit Impedanzmodul zum Betrieb und zur Untersuchung elektrochemischer Systeme

Messtechnik

Geschwindigkeit und Druck

  • 2D (konventionell und zeitaufgelöst) Particle Image Velocimetry (PIV)
  • 3D Tomografisches Particle Image Velocimetry (TomoPIV)
  • 2D und 3D Laser Doppler Anemometer (LDA)
  • 3D Astigmatismus Particle Tracking Velocimetry (APTV)
  • 3D Hitzdraht-Anemometer
  • Ultraschall-Volumenstrommessung
  • Ultraschall-Doppler-Velocimeter mit Multiplexer (11 Kanäle)
  • Anemometer (Flügelrad, Heissfilm)
  • Staurohre (Prandtl, Pitot)
  • Partikelgeneratoren

Kraft und elektrische/magnetische Felder

  • Vives-Sonden und Potentialsonden
  • Lorentzkraft-Anemometer zur berührungslosen Durchflussmessung
  • Lorentzkraft-Anemometer zur berührungsfreien lokalen Geschwindigkeitsmessung

Temperatur und Wärmestrom

  • Hochauflösende Wärmebildkamera
  • Temperaturmessung (Eichnormal) mit Tripelpunktmesszelle
  • Mehrkanal-Temperaturmesssystem
  • Gesamtstrahlungspyranometer (Sekundärnormal)
  • Wärmestrommessung