Ermittelung thermophysikalischer Kenngrößen bei hohen Temperaturen

Schwarzkörper, der als Referenz für die Bestimmung des spektralen Emissionsgrades bei hohen Temperaturen benötigt wird
Laser-Flash Apparatur zur Ermittelung der Temperaturleitfähigkeit bei hohen Temperaturen

Forschungs-Exzellenz-Initiative zur Bestimmung optischer und thermischer Material-eigenschaften innerhalb eines Verbund-Projekts des EMRP (European Metrology Research Programme) mit dem Titel: "HiTeMS - High temperature metrology for industrial applications". 

Für die Charakterisierung thermophysikalischer Materialeigenschaften ist die exakte Bestimmung der Temperatur ein fundamentaler Parameter, da die meisten Größen im Bereich der Thermophysik temperaturabhängig sind. Die Parameter können demnach nur mit einer hohen Genauigkeit bestimmt werden, wenn eine präzise Ermittelung der Probentemperatur gewährleistet ist. Darüber hinaus ist die Temperatur eine wichtige Kenngröße in industriellen Prozessen, sowie in weiten Bereichen der Energiegewinnung. Die Bereitstellung und das Überwachen immer höherer Prozesstemperaturen in Kraftwerken, Turbinen, Motoren, usw. ist ein wichtiger Faktor für die Energieeffizienz, sowie die Prozesssicherheit. In den vergangen Jahren haben sich beispielsweise im Bereich der Gas-Turbinen die Prozesstemperaturen immens erhöht, was zu einer deutlichen Verbesserung des Wirkungsgrades beiträgt. Hierdurch ist es möglich, den Energieverbrauch solcher Systeme weiter zu senken und den CO2-Ausstoß entscheidend zu reduzieren. Dieser Trend wird sich auf Grund immer neuer, noch temperaturstabilerer Materialsysteme und Verbundwerkstoffe weiter fortsetzen, weshalb gerade in diesem Bereich eine möglichst exakte Bestimmung der Oberflächentemperatur, sowie der Temperaturverteilung notwendig ist, um weitere Entwicklungen voranzutreiben.

Im Labormaßstab ist es bereits möglich, die Probentemperaturen mit vernachlässigbaren Abweichungen exakt zu bestimmen. Dies kann sowohl berührungslos mittels Strahlungsthermometrie, aber auch über Messverfahren mit direktem Probenkontakt realisiert werden. Ein Übertrag dieser Verfahren auf industrielle Prozessbedingungen, speziell unter Einhaltung der Messgenauigkeiten, ist jedoch extrem schwierig und erfordert viel Know-how. Häufig kommen klassische Messverfahren bereits bei geringen Abweichungen von den normalen Randbedingungen an ihr Limit, weshalb eine exakte Temperaturbestimmung nicht mehr möglich ist. 

Für eine umfassende Materialcharakterisierung bei hohen Temperaturen, sei es mittels berührender oder berührungsloser Temperaturbestimmung, ist die Kenntnis weiterer physikalischer Parameter unerlässlich. Hierzu gehören beispielsweise der Emissionsgrad der Probenoberfläche, sowie die Wärmeleitfähigkeit des untersuchten Materials. Diese Werte können am ZAE Bayern bereits mit hoher Genauigkeit und in einer großen Bandbreite bestimmt werden, wobei jedoch eine temperaturbedingte Limitierung gegeben ist. Im Rahmen des vorliegenden Projekts werden deshalb bestehende Verfahren zur Bestimmung des Emissionsgrades, sowie zur Charakterisierung der Wärmeleitfähigkeit zu höheren Temperaturen erweitert, in Vergleichsmessungen mit anderen Metrologie-Instituten validiert und auf spezielle industrielle Anforderungen hin angepasst. 

EU-Projekt: IND01-REG02

 

Ansprechpartner

Dr. Jochen Manara
Tel.: +49 931 70564-346
E-Mail: Jochen.Manara@zae-bayern.de

 

Dipl. -Ing. Mariaclara Arduini-Schuster
Tel.: +49 931 70564-317
E-Mail: MariaCarla.Arduini-Schuster@zae-bayern.de

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