Interface reconstruction between electrical conductive fluids from magnetic field measurements

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Die genaue Messung von Geschwindigkeits-, Temperatur- und Leitfähigkeitsverteilungen ist für eine störungsfreie Funktion aller MFD-Technologien von zentraler Bedeutung. Da die in der industriellen Anwendung interessierenden Schmelzen wie Stahl, Silizium oder Titan in der Regel heiß, chemisch aggressiv und nicht transparent sind, können optische Strömungsmeßverfahren und invasive Sensoren kaum angewendet werden. Somit kommt der Entwicklung berührungsloser Strömungsmeßverfahren auf der Basis von Ultraschall, Röntgenstrahlen sowie elektrischen (Elektrische Impedanz-Tomographie) und magnetischen Feldern (Magnetfeldtomographie) eine besondere Rolle zu. Das vorliegende Projekt soll in enger Kooperation mit dem Teilprojekt B-2 die Möglichkeit demonstrieren, die Grenzflächenbewegung zwischen zwei Fluiden mit unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit aus berührungslosen Magnetfeldmessungen zu bestimmen. Die am stark vereinfachten Modell gewonnenen Erkenntnisse sollen dann langfristig zur Strömungsmessung anderer Projektbereiche einfließen. ... Ziel der Projekte ist die Beantwortung der folgenden Fragen: (i) Direktes Problem: Welches Magnetfeld B> wird durch ein vorgegebenes Grenzflächenprofil h erzeugt? Wie ist das Magnetfeld meßtechnisch zu erfassen? (ii) Inverses Problem: Wie ist es durch Messung von B> möglich, die Form der Grenzfläche h zu rekonstruieren? Die durch die Grenzflächenbewegung in dem transparenten Fluid hervorgerufenen Strömungen werden mittels Particle-Image-Velocimetry (PIV), die Grenzflächenlage und seine Oszillationsfrequenz mittels Laser-Triangulation und Vibrometer gemessen. Zur Detektion der Magnetfeldverteilungen wird ein Array aus Magnetfeldsensoren verwendet. Die ermittelten Magnetfeldänderungen und Grenzflächendeformationen dienen einerseits zur Überprüfung der Lösung des direkten Problems (für elementare Schwingungsmoden der Grenzfläche), andererseits zur Lösung des inversen Problems und zur Evaluierung der Grenzflächenrekonstruktion mit experimentellen Daten.