Andreas Krätzschmar (Autor)
Physikalische Grundlagen zur dimensionierung von
Strombegrenzern auf flüssigmetallischer Basis
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Copyright:
Cuvillier Verlag, Inhaberin Annette Jentzsch-Cuvillier, Nonnenstieg 8, 37075 Göttingen, Germany
Telefon: +49 (0)551 54724-0, E-Mail: [email protected], Website: https://cuvillier.de
Inhaltsverzeichnis
Vorwort
i
Abstract
ii
Übersicht
iii
1 Einleitung
1
2 Stand der Technik
5
3 Zielstellung und Aufbau der Arbeit
11
4 Wirkungsweise flüssigmetallischer Strombegrenzer
4.1 Vorversuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 Zusammenstellung der möglichen Effekte . . . . . . . . . .
4.2.1 Thermischer Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.2 Induktiver Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.3 Magnetohydrodynamische Effekte . . . . . . . . .
4.3 Methodische Vorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.1 Modellbeschreibung für Simulationsberechnungen .
4.3.2 Beschreibung der experimentellen Versuchsstände .
4.4 Batterieversuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5 Stromdichteverteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.1 Stromdichte bei fluchtenden Diaphragmenkanälen .
4.5.2 Stromdichte bei versetzten Diaphragmenkanälen .
4.6 Thermischer Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.7 Induktiver Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.8 Pincheffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.8.1 Druckfeld durch die Lorentzkräfte . . . . . . . . .
4.8.2 Strömungsbewegung . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.8.3 Oberflächenwellen und Kavitation . . . . . . . . .
4.9 Bewegungsinduktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.10 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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5 Abschnürverhalten der Flüssigmetallsäule
5.1 Lineare Stabilitätsanalyse . . . . . . . . . .
5.1.1 Bestimmung der Lorentzkräfte . . .
5.1.2 Bewegungsgleichungen . . . . . . . .
5.1.3 Dimensionsanalyse . . . . . . . . . .
5.1.4 Linearisierte Bewegungsgleichung . .
5.1.5 Stabilitätsanalyse . . . . . . . . . . .
5.2 Simulation des Abschnürverhaltens . . . . .
5.2.1 Einschnürinstabilität . . . . . . . . .
5.2.2 Knickinstabilität . . . . . . . . . . .
5.3 Erwärmung der Flüssigmetallsäule . . . . .
5.4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . .
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7 Dimensionierungs- und Gestaltungshinweise
7.1 Anforderungen des übergeordneten Systems . . . . . . . . .
7.2 Anforderungen aus dem Funktionsprinzip . . . . . . . . . .
7.3 Richtlinien zur Dimensionierung und Gestaltung . . . . . .
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8 Gesamtzusammenfassung und weiterführende Arbeiten
143
Formelzeichen und Abkürzungen
147
A Anhang
A.1 Materialdaten . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A.2 Anhang zu Kapitel 4 . . . . . . . . . . . . . .
A.2.1 Magnetohydrodynamische Kennzahlen
A.2.2 Messfehler beim Batterieprüfstand . .
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6 Strombegrenzungsverhalten und Ansprechzeiten
6.1 Strombegrenzungsverhalten . . . . . . . . . . . . .
6.1.1 Versuchsaufbau und allgemeines Verhalten .
6.1.2 Strom- und Spannungsabhängigkeit . . . .
6.1.3 Reproduzierbarkeit . . . . . . . . . . . . . .
6.2 Ansprechverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1 Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2 Abschnitt tBG – Beginn der Gasbildung . .
6.2.3 Abschnitt tp – Abschnüren . . . . . . . . .
6.3 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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A.2.3 Messfehler beim Druckmessstand . . . . . . . . . . .
A.2.4 Auftriebsbewegung mikroskopischer Gasblasen . . .
A.2.5 Aufweitung von Gasblasen im Röntgenversuchsstand
A.3 Anhang zu Kapitel 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A.4 Anhang zu Kapitel 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A.4.1 Strombegrenzungsverhalten . . . . . . . . . . . . . .
A.4.2 Ansprechzeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Literaturverzeichnis
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vi

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