Jens Wendelstorf:     Anwendungen

1. Anwendungsorientierte Modellierung von Gasentladungen (Lichtbögen)

Die Ergebnisse dieser Arbeiten finden Sie in konsistenter und wissenschaftlich ausgearbeiteter Form in meiner Dissertation. Im folgenden eine kurze und vielleicht etwas veraltete Einführung.
Moderne numerische Verfahren gestatten die direkte Vorausberechnung von praxisrelevanten Entladungsparametern. Es handelt sich allerdings um hochkomplexe Berechnungsoftware, deren Anwendungstauglichkeit erst nachzuweisen ist. Bevor versucht wird, neue Produkte und Verfahren mit Hilfe dieser Programme zu entwickeln, wurden zunächst einmal genauestens bekannte Entladungen modelliert. Im Gegensatz zu vielen bisherigen Berechnungen, wurde darauf geachtet, daß keine Anpassungen der Modelle an experimentelle Daten vorgenommen werden müssen. Die Ergebnisse der Vergleiche von Rechnung und Experiment stellen somit auch einen Test für die a priori Eigenschaft der Modelle dar: Der Vergleich zwischen Modell und Experiment kann ferner nur zu Validierungsaussagen führen, sofern genügend genaue experimentelle Daten vorliegen - möglichst noch von mehreren unabhängigen Arbeitsgruppen, aber Unabhängig von den Anwenderpreferenzen, ergibt eine kritische Durchsicht der Literatur für den Fall von Hochdruckgasentladungungen (HID) im wesentlichen zwei weiße Mäuse, die zur Validierung der Modelle herangezogen wurden:
  1. Der frei brennende Argonlichtbogen im LTE (0.1 MPa, ca. 100 - 300A) läßt sich sehr kostengünstig untersuchen und weist eine Vielzahl von praktisch relevanten Phänomenen auf:
  2. Die Xenon Kurzbogenlampe (4 MPa, ca. 6-12A) wurde besonders von Hoppstock (Karlsruhe '87) genau vermessen und ist ein guter Testkandidat für den Fall hoher Entladungsdrücke. Ein zusätzliches Phänomen, welches von Hoppstock genauer untersucht wurde, ist
Ferner wurden auch praktisch relevantere Entladungen berechnet:
  1. Eine Xenon Modellampe (10bar), die in Bochum experimentell untersucht wurde bzw. wird.
  2. Eine Argon Modellampe (1-3bar), die in Hannover experimentell untersucht wurde bzw. wird.
  3. Eine Xenon/Quecksilberentladung bei sehr hohem Druck (D1/D2 Autolampe), ausgewählt aufgrund industrieller Nachfrage.
Niederdruckgasentladungen werden zunächst ausgeklammert und wir beschränken uns auf sog. thermische Plasmen, d.h. Hochdruckentladungen (HID) im [partiellen] lokalen thermodynamischen Gleichgewicht ([p]LTE).
Wenn in naher Zukunft auch Abweichungen vom LTE zugelassen werden können (pLTE), so stellt das zunächst eine Steigerung der Anwendungsrelevanz dar. Mit steigender Rechnerleistung und zunehmender Erfahrung in der Beherrschung dieser hochkomplexen Systeme können dann aber auch die, bei den Niederdruckentladungen maßgeblichen, kinetischen Effekte in die Modelle integriert werden.
Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Integration von sog. Spektralmodellen, die auch die Wellenlängenverteilung und den Transport der emittierten Strahlung berechenbar machen. Zur Einführung in die Themenstellung sei auf die Literatur verwiesen. Im folgenden sollen nur kurz die aktuellen Ergebnisse dargestellt werden. Im Vordergrund steht die selbstkonsistente Vorausberechnung der Entladung einschließlich der Elektroden.

1.1 Der atmosphärische Argon-Lichtbogen im LTE (0.1 MPa, DCEN, mind. 65 A)

Die berechneten Lichtbögen stimmen im Rahmen der Messgenauigkeit mit den Experimenten überein (nach Snyder kann es aber auch sein, daß sich auch diese Bögen im pLTE befinden, d.h. Elektronen und schwere Teilchen Temparatur signifikant voneinander abweichen - pLTE Modellierergebnisse sind unterwegs). Argon Lichtbogen

Berechnung von der Entladung selbst erzeugten Strömungsverhältnisse im Argon-Lichtbogen:

[AVI Video 640x480, 2.9 MB]

Parameterstudie: Stromvariation beim Argon-Lichtbogen:

Übersicht [AVI Video 800x600, 5.7 MB]
Katodenbrennfleck [AVI Video 800x600, 4.7 MB]

1.2 Die (dotierte) Xenon Kurzbogenlampe (4 MPa, DC, 6-12A)

Xenon Lichtbogen
Letzte Änderung: 9.10.1998
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