Optimierung und Validierung einer Röntgen-Computertomografie-kompatiblen Druck- und Temperaturstage
- Titel
- Optimierung und Validierung einer Röntgen-Computertomografie-kompatiblen Druck- und Temperaturstage
- Autor/in
- Datierung
- 07.06.2024
- Beschreibung
- Die Untersuchung des Schmelz- und Erstarrungsverhaltens von Phasenwechselmaterialien (PCMs) spielt eine zentrale Rolle
in der Forschung zu thermischen Energiespeichern. Das Kompetenzzentrum für thermische Energiespeicher (CC TES) der
Hochschule Luzern hat sich auf die Forschung und Entwicklung von thermischen Energiespeichern sowie die Untersuchung
von Phasenwechselmaterialien spezialisiert und ist die Industriepartnerin dieser Arbeit. Um PCMs während des Erstarrens
und Schmelzens zu analysieren, verwendet das CC TES einen Computertomografen (CT). Mit diesem CT ist es möglich,
PCM-Proben in digitalen 3D-Rekonstruktionen darzustellen. Das Hauptproblem bei der Untersuchung der PCMs besteht
darin, dass der Innenraum des CTs eine konstante Temperatur von 20 °C aufweist. Da man aber in den meisten Fällen das
Verhalten eines PCMs bei einer bestimmten Temperatur untersuchen möchte, braucht es eine Temperiervorrichtung. Bisher
wurden diese Messungen jeweils so gemacht, dass die Probe in einem Ofen oder in einem Kühlschrank auf Zieltemperatur
gebracht. Dies ist jedoch keine ideale Lösung, weshalb in vorangehenden Arbeiten Stages (Halterungen für die Proben im
CT) entwickelt wurden, welche die Probe während der Messung stabil auf Temperatur halten sollen. Diese Stages sind
Prototypen und enthalten Konzepte zum Heizen und Kühlen. In dieser Arbeit sollen nun diese Konzepte umgesetzt werden.
Ziel ist es, die Stage autonom laufen lassen zu können, sodass nur noch eine Probe eingelegt werden muss und die Parameter
gewählt werden müssen. Es soll ein Computerprogramm entwickelt werden, welches autonom Heiz- und Kühltemperaturen
zyklisch abfährt und im richtigen Zeitpunkt CT-Messungen startet. Die Bedienung dieser Stage soll so gestaltet werden, dass
auch eine Person ohne Vorkenntnisse nach einer kurzen Schulung selbstständig Messungen durchführen kann. In einem ersten
Arbeitsschritt wurde recherchiert, welche Schnittstellen notwendig sind und welche Komponenten zur Realisierung verwendet
werden sollen. Dannach wurden diese Konponenten stand-alone getestet und auf Kompatibilität geprüft. Danach wurde ein
Simulationsprogramm erstellt sowie der komplette Programmablauf geprüft und auf allfällige Fehler getestet. Nachdem alles
klar definiert war, wurde das System schrittweise programmiert und in Betrieb genommen, bis das vollständige autonome
System bereitstand. Insgesamt war die Validierung zum Schluss zufriedenstellend. Somit wurde eine autonome Stage für den
CT an der Hochschule Luzern entwickelt.
Investigating the melting and solidification behavior of phase change materials (PCM) plays a central role in research on
thermal energy storage. The Competence Center for Thermal Energy Storage (CC TES) at Lucerne University of Applied
Sciences and Arts specializes in the research and development of thermal energy storage systems and the investigation of
phase-change materials (PCM), and is the industrial partner for this Thesis. The CC TES uses a computer tomograph
(CT) to analyze PCMs during solidification and melting. With this CT, it is possible to visualize PCM samples in digital 3D
reconstructions. The main problem when analysing PCMs is that the interior of the CT has a constant temperature of 20 °C.
However, since in most cases the behavior of a PCM at a specific temperature needs to be investigated, a temperature control
device is required. Until now, these measurements have been carried out by bringing the sample to the target temperature
in an oven or refrigerator. However, this is not an ideal solution, which is why stages (holders for the samples in the CT)
were developed in previous theses to keep the sample at a stable temperature during the measurement. These stages are
prototypes and contain concepts for heating and cooling. In this Thesis, these concepts are now to be implemented. The
aim is to be able to operate the stage autonomously. A computer program is to be developed which autonomously runs
heating and cooling temperatures cyclically and starts CT measurements at the right time. The operation of this stage
is to be designed in such a way that even a person without prior knowledge can carry out measurements independently
after a short training course. The first step was to search which interfaces are required and which components are to be
used for realization. These components were then tested stand-alone and checked for compatibility. A simulation program
was then created, and the complete program sequence was checked and tested for any errors. Once everything had been
clearly defined, the system was programmed step by step and put into operation until the complete autonomous system was
ready. Overall, the validation was satisfactory. An autonomous stage was thus developed for the CT at Lucerne University
of Applied Sciences and Arts.
- Die Untersuchung des Schmelz- und Erstarrungsverhaltens von Phasenwechselmaterialien (PCMs) spielt eine zentrale Rolle
- Urheberrechtshinweis
- Pliska Valeria, Hochschule Luzern - Departement Technik & Archtektur
HSLU
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
Werk
- Titel
- Optimierung und Validierung einer Röntgen-Computertomografie-kompatiblen Druck- und Temperaturstage
- Beschreibung
- Die Untersuchung des Schmelz- und Erstarrungsverhaltens von Phasenwechselmaterialien (PCMs) spielt eine zentrale Rolle
in der Forschung zu thermischen Energiespeichern. Das Kompetenzzentrum für thermische Energiespeicher (CC TES) der
Hochschule Luzern hat sich auf die Forschung und Entwicklung von thermischen Energiespeichern sowie die Untersuchung
von Phasenwechselmaterialien spezialisiert und ist die Industriepartnerin dieser Arbeit. Um PCMs während des Erstarrens
und Schmelzens zu analysieren, verwendet das CC TES einen Computertomografen (CT). Mit diesem CT ist es möglich,
PCM-Proben in digitalen 3D-Rekonstruktionen darzustellen. Das Hauptproblem bei der Untersuchung der PCMs besteht
darin, dass der Innenraum des CTs eine konstante Temperatur von 20 °C aufweist. Da man aber in den meisten Fällen das
Verhalten eines PCMs bei einer bestimmten Temperatur untersuchen möchte, braucht es eine Temperiervorrichtung. Bisher
wurden diese Messungen jeweils so gemacht, dass die Probe in einem Ofen oder in einem Kühlschrank auf Zieltemperatur
gebracht. Dies ist jedoch keine ideale Lösung, weshalb in vorangehenden Arbeiten Stages (Halterungen für die Proben im
CT) entwickelt wurden, welche die Probe während der Messung stabil auf Temperatur halten sollen. Diese Stages sind
Prototypen und enthalten Konzepte zum Heizen und Kühlen. In dieser Arbeit sollen nun diese Konzepte umgesetzt werden.
Ziel ist es, die Stage autonom laufen lassen zu können, sodass nur noch eine Probe eingelegt werden muss und die Parameter
gewählt werden müssen. Es soll ein Computerprogramm entwickelt werden, welches autonom Heiz- und Kühltemperaturen
zyklisch abfährt und im richtigen Zeitpunkt CT-Messungen startet. Die Bedienung dieser Stage soll so gestaltet werden, dass
auch eine Person ohne Vorkenntnisse nach einer kurzen Schulung selbstständig Messungen durchführen kann. In einem ersten
Arbeitsschritt wurde recherchiert, welche Schnittstellen notwendig sind und welche Komponenten zur Realisierung verwendet
werden sollen. Dannach wurden diese Konponenten stand-alone getestet und auf Kompatibilität geprüft. Danach wurde ein
Simulationsprogramm erstellt sowie der komplette Programmablauf geprüft und auf allfällige Fehler getestet. Nachdem alles
klar definiert war, wurde das System schrittweise programmiert und in Betrieb genommen, bis das vollständige autonome
System bereitstand. Insgesamt war die Validierung zum Schluss zufriedenstellend. Somit wurde eine autonome Stage für den
CT an der Hochschule Luzern entwickelt.
Investigating the melting and solidification behavior of phase change materials (PCM) plays a central role in research on
thermal energy storage. The Competence Center for Thermal Energy Storage (CC TES) at Lucerne University of Applied
Sciences and Arts specializes in the research and development of thermal energy storage systems and the investigation of
phase-change materials (PCM), and is the industrial partner for this Thesis. The CC TES uses a computer tomograph
(CT) to analyze PCMs during solidification and melting. With this CT, it is possible to visualize PCM samples in digital 3D
reconstructions. The main problem when analysing PCMs is that the interior of the CT has a constant temperature of 20 °C.
However, since in most cases the behavior of a PCM at a specific temperature needs to be investigated, a temperature control
device is required. Until now, these measurements have been carried out by bringing the sample to the target temperature
in an oven or refrigerator. However, this is not an ideal solution, which is why stages (holders for the samples in the CT)
were developed in previous theses to keep the sample at a stable temperature during the measurement. These stages are
prototypes and contain concepts for heating and cooling. In this Thesis, these concepts are now to be implemented. The
aim is to be able to operate the stage autonomously. A computer program is to be developed which autonomously runs
heating and cooling temperatures cyclically and starts CT measurements at the right time. The operation of this stage
is to be designed in such a way that even a person without prior knowledge can carry out measurements independently
after a short training course. The first step was to search which interfaces are required and which components are to be
used for realization. These components were then tested stand-alone and checked for compatibility. A simulation program
was then created, and the complete program sequence was checked and tested for any errors. Once everything had been
clearly defined, the system was programmed step by step and put into operation until the complete autonomous system was
ready. Overall, the validation was satisfactory. An autonomous stage was thus developed for the CT at Lucerne University
of Applied Sciences and Arts.
- Die Untersuchung des Schmelz- und Erstarrungsverhaltens von Phasenwechselmaterialien (PCMs) spielt eine zentrale Rolle
- Autor/in
- Externe Praxispartner
- HSLU - CC TE
- Datierung
- 07.06.2024
- Format
- 356 Seiten
- Ort
- Sprache
Rechte
- Urheberrecht
- Pliska Valeria, Hochschule Luzern - Departement Technik & Archtektur
- Hinweis zu Rechtsgrundlagen
- Lizenzierung
- Klassifikation