Institut für Energietechnik (IET)
HSR

Plasmasimulationen

Elektrische Lichtbögen bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Gas, d.h. einem Plasma, welches sich zwischen zwei Elektroden befindet. Das Aufheizen des Gases über 10'000 K führt dazu, dass die Gasmoleküle dissoziieren und ionisiert werden und somit ein leitfähiges Plasma aufrechterhalten bleibt.

Wie lässt sich das Löschen eines Lichtbogens simulieren

Bereits das einfachste numerische Modell benötigt eine Kopplung zwischen einem kompressiblen Strömungslöser und einem elektromagnetischen Löser. Diese beiden Löser werden durch die elektrische Leitfähigkeit des Plasmas gekoppelt, welche unter anderem eine druck- und temperaturabhängige Grösse ist.

Die hohen Temperaturen im Lichtbogen führen zu vielfältigen numerischen Herausforderungen. Die Gasströmung ist stark kompressibel und benötigt Materialdaten realer Gase. Strahlung ist der wichtigste Prozess für Wärmetransport und muss adäquat modelliert werden. Schliesslich führt der Lichtbogen auch zu Abbrand und Verdampfung der Elektrodenoberfläche, sodass die Materialdaten auch Einflüsse des Metalldampfs berücksichtigen sollten.

Moderne Simulationssoftware für Lichtbögen

Die Industrie benötigt ein robustes und einfach bedienbares Werkzeug für Plasmasimulationen. Unsere Kollaboration mit Siemens PLM software hat zum Ziel, STAR-CCM+ zu einem optimalen Werkzeug für Lichtbogensimulationen für industrielle Forschungszwecke zu entwickeln, ohne weitere Software zur Kopplung verschiedener Programme einsetzen zu müssen. Eine Machbarkeitsstudie anhand eines einfachen Niederspannungsschalters kann heruntergeladen werden, zusammen mit einem entsprechenden Video.

Wir sind zurzeit auf der Suche nach Anwendern für diesen Code. Wir freuen uns auf Ihre Kontaktaufnahme, falls Sie an Lichtbogensimulationen mit einer modernen Softwareumgebung interessiert sind. Gerne prüfen wir, ob STAR-CCM+ Ihre Simulationsanforderungen erfüllt und ob Ihre spezifischen Modelle in STAR-CCM+ implementiert werden können.

Kontakt

Henrik Nordborg
Oberseestrasse 10
8640 Rapperswil SG
+41 (0)55 222 43 70
henrik.nordborg(at)hsr.ch