Experimental equipment

Mit einem an der Professur entwickelten Instrument können hoch genaue Messungen der Schallgeschwindigkeit in reinen Flüssigkeiten und komprimierten Gasen und Gemischen durchgeführt werden. Das Instrument deckt den Temperaturbereich von 200 K bis 420 K unter Drücken von bis zu 100 MPa ab. Erreichte Messunsicherheiten betragen 2 mK für die Temperatur, 50 ppm für den Druck und bis zu 0,01 % für die Schallgeschwindigkeit.

Für hochgenaue Messungen sind sehr reine Proben erforderlich. Daher werden zur Analyse von flüssigen und gasförmigen Proben ein Gaschromatograph mit Massenspektrometer als Detektor und ein Gaschromatograph mit Wärmeleitfähigkeits- und Flammenionisationsdetektor betrieben. Der Wassergehalt kann mit einer Karl-Fischer-Titrationsapparatur ermittelt werden.

An der Professur wird ein dampfbeheizter Naturumlaufverdampfer im Technikummaßstab betrieben, der mit industriell genutzten Anlagen vergleichbar ist. Er ist umfassend mit Temperatur-, Druck- und Durchflussmesstechnik ausgestattet. Mit der Versuchsanlage können Strömungsformen und -instabilitäten in Abhängigkeit der Betriebsparameter untersucht werden.

Für Dichtemessungen unter hohen Drücken von bis zu 100 MPa steht eine Biegeschwingerapparatur zur Verfügung. Als Dichtesensor wird ein Biegeschwinger DMA HPM von Anton Paar eingesetzt. Mit einem an der Professur entwickelten Thermostaten wird die Temperatur zwischen – 10 °C und 200 °C innerhalb von 3 mK in der Messzelle konstant gehalten. Die Druckeinstellung entlang einer Isothermen erfolgt rechnergesteuert mit einer Spritzpumpe, so dass Messungen automatisch durchgeführt werden können.

Messunsicherheiten:

Temperatur: 5 mK
Druck: 0,01 %
Dichte: 0,01 % – 0,02 %

Standard-Platinwiderstandsthermometer (SPRTs) können im Temperaturbereich zwischen -40°C und 230°C an die internationale Temperaturskala ITS-90 kalibiert werden. Hierfür stehen mehrere Fixpunktzellen zur Verfügung:

Quecksilber-Tripelpunkt: – 38,8344°C
Wassertripelpunkt: 0,01°C
Gallium-Erstarrungspunkt: 29,7646°C
Indium-Schmelzpunkt: 156,5985°C
Zinn-Schmelzpunkt: 231,928°C

Druckaufnehmer können im Bereich zwischen 0 MPa und 100 MPa absolut mit vier pneumatischen Kolbenmanometern mit unterschiedlichen Messbereichen kalibiert werden.

Messbereiche:

WIKA CPD8000	0 – 0,1 MPa
WIKA CPB6000	0,1 – 1,1 MPa
Degranges & Huot DPG5:	0,1 – 5,1 MPa
Degranges & Huot 5203:	2 – 100 MPa
Umgebungs- drucksensor:	Vaisala
Unsicherheit:	< 50 ppm vom Messwert

Zurzeit wird an der Professur ein Schwingquarzviskosimeter für Messungen an reinen Flüssigkeiten und flüssigen Gemischen unter hohen Drücken bis zu 100 MPa aufgebaut. Das Viskosimeter deckt den Temperaturbereich zwischen 200 K und 420 K ab. Als Viskositätssensor kommt ein zylinderischer Quarzkristall zum Einsatz, dessen Torsionsschwingung durch das Messfluid gedämpft wird.

Ein Ziel dieses Projektes ist die Unsicherheit des Messverfahrens von gegenwärtig etwa 2 % auf unter 1 % zu senken. Dies soll durch eine fundierte Analyse des elektrischen Feldes im Sensor und der mechanischen Schwingung des anisotropen Quarzkristalls erreicht werden.

Auf einer Laborwaage und einem Massekomparator können flüssige Gemische durch Einwiegen der reinen Komponenten in spezielle Membranbehälter hergestellt werden. In den Behältern können flüssige Gemische über längere Zeiträume unter Druck gelagert werden, ohne dass sie sich entmischen, bis sie in die Apparaturen eingefüllt werden.

Mit einem offenen Windkanal können Untersuchungen zum konvektiven Wärmeübergang an kleinen bis mittelgroßen Testobjekten (z. B. kleine Wärmeübertrager oder berippte Rohre) durchgeführt werden. Die Luft wird aus der Umgebung angesaugt und in einer eletr. Heizstrecke vorgeheizt, bevor sie das Testobjekt umströmt.

max. Druckdifferenz: 110 mbar