{"id":262,"date":"2017-09-06T09:55:29","date_gmt":"2017-09-06T07:55:29","guid":{"rendered":"https:\/\/www.hsu-hh.de\/thermodynamik\/?page_id=262"},"modified":"2021-06-03T10:44:00","modified_gmt":"2021-06-03T08:44:00","slug":"forschungpraezisionsmessungen-der-schallgeschwindigkeit-in-fluiden-unter-hohem-druck","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.hsu-hh.de\/thermodynamik\/forschungpraezisionsmessungen-der-schallgeschwindigkeit-in-fluiden-unter-hohem-druck","title":{"rendered":"Pr\u00e4zisionsmessungen der Schallgeschwindigkeit in Fluiden unter hohem Druck"},"content":{"rendered":"

(M.Sc. Ahmed El Hawary)<\/p>\n

Im Grenzfall kleiner Frequenzen und Amplituden ist die Geschwindigkeit, mit der sich Schallwellen in einem Fluid ausbreiten, eine thermodynamische Zustandsgr\u00f6\u00dfe. Da das Quadrat der Schallgeschwindigkeit die Ableitung des Drucks nach der Dichte bei konstanter Entropie ist, sind Schallgeschwindigkeitsdaten insbesondere im Fl\u00fcssigkeitsgebiet, wo viele Eigenschaften stark von der Dichte abh\u00e4ngen, wertvoll, um pr\u00e4zise Zustandgleichungen aufzustellen. Daher wurde am Institut eine Apparatur entwickelt, mit der die Schallgeschwindigkeit in Fluiden im Temperaturbereich zwischen 240 und 420 K unter Dr\u00fccken von bis zu 100 MPa mit hoher Genauigkeit vermessen\u00a0 werden kann.<\/p>\n

\"\"<\/a>Das Messprinzip der Apparatur basiert auf einem Impuls-Echo Verfahren, das auf Muringer et al. zur\u00fcckgeht [Phys. Chem. Liq. 14, 273, 1985]. Die Schallgeschwindigkeitssonde befindet sich in einem Druckbeh\u00e4lter, der die Messfl\u00fcssigkeit aufnimmt. Ein piezoelektrischer Kristall mit einer Resonanzfrequenz von 8 MHz dient als Schallsender und -empf\u00e4nger. Er ist im Abstand von 20 mm bzw. 30 mm zwischen zwei Reflektoren angeordnet und wird mit 60-80 Sinusperioden angeregt. Die Schallgeschwindigkeit ergibt sich als die doppelte Differenz der beiden Abst\u00e4nde zwischen Kristall und Reflektoren dividiert durch die Differenz der Zeiten, die die ausgesendeten Signale ben\u00f6tigen, um diese Strecken zu durchlaufen. Zur Messung der Zeitdifferenz wurde ein von Kortbeek et al. [Rev. Sci. Instrum. 56, 1269, 1985] entwickeltes Phasenvergleichsverfahren adaptiert und modifiziert. Die Wegdifferenz wird durch Kalibiermessungen mit deionisiertem und entgastem Wasser ermittelt. Der Druckbeh\u00e4lter wird in einem Umlaufthermostaten thermostatisiert, mit dem die Temperatur innerhalb von 0,5 mK konstant gehalten werden kann. Die Temperatur wird in der Druckbeh\u00e4lterwand mit einem kalibrierten Pt25-Sensor unter Verwendung einer Pr\u00e4zisionswechselstrombr\u00fccke gemessen. Die Druckmessung erfolgt mit zwei Gaskolbenmanometern, die mit einem Differenzdruckindikator (Membranzelle) an die Messfl\u00fcssigkeit angekoppelt werden. Die erreichten Messunsicherheiten belaufen sich auf 3 mK f\u00fcr die Temperatur, 0,01 {3728c0ddcf5026c65bc0b4e995c837d09025c3e7fa253cea254631dfe46bf841}\u00a0 f\u00fcr den Druck und 0,02 {3728c0ddcf5026c65bc0b4e995c837d09025c3e7fa253cea254631dfe46bf841} f\u00fcr die Schallgeschwindigkeit.
\nBislang wurden die Fluide Propan, Propen und die K\u00e4ltemittel R227ea und R365mfc im Fl\u00fcssigkeitsgebiet und \u00fcberkritischen Zustandsgebiet vermessen. Au\u00dferdem wurde mit Messungen in komprimiertem Argon und Stickstoff aufgezeigt, dass mit der Apparatur auch Schallgeschwindigkeiten in komprimierten Gasen mit hoher Genauigkeit gemessen werden k\u00f6nnen. Die Daten f\u00fcr Argon und Stickstoff stimmen mit hochgenauen Literaturdaten, die mit dem in Gasen \u00fcblicherweise angewendeten Kugelresonatorverfahren gemessen wurden, im \u00dcberlappungsbereich der beiden Messverfahren innerhalb von 30 ppm \u00fcberein.<\/p>\n

Zu diesem Projekt gibt es auch zwei Poster, welche neben einer ausf\u00fchrlichen Projektbeschreibung auch eine kurze Darstellung der Messergebnisse f\u00fcr diverse Fluide pr\u00e4sentieren.<\/p>\n

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