BEP Stage opdracht, versie 1.0

August 9, 2011
[BEP STAGE OPDRACHT, VERSIE 1.0]
Titel: Uitlijning van een high-tech laser systeem
Focus: Experimentele vaardigheden m.b.t. optica
Duur: 6,5 werkweek van 40 uur (9 ECTS)
Datum: vanaf september 2011 (kwartiel 1)
Contact
Begeleider: prof. dr. ir. D. Smeulders
WH 3.135
[email protected]
Dagelijks begeleider: ir. M. Fransen
WH 3.143
[email protected]
Context van het onderzoek binnen ETES
Het onderzoek binnen de vakgroep Engineering Thermodynamics for Energy Systems (ETES) is onder
andere gericht op het bestuderen van thermodynamische aspecten die een rol spelen bij
energiewinning. Het onderzoek is deels ingebed in een Maritiem Innovatie Programma, welke
industriële partners als TNO, Gasunie en Shell in verbinding brengt met de TU/e (faculteit WTB en
W&I). Liquefied Natural Gas (LNG) is daarom een van de huidige speerpunten binnen het onderzoek
van ETES.
Concreet wordt er binnen de groep gekeken naar de nucleatie (druppelgroei) en verdamping van één
of meerdere dampen in een mengsel van drijfgassen (Holten, 2009). Er zijn momenteel twee
methoden beschikbaar om het mengsel via een adiabatische expansie in een oververzadigde
toestand te brengen: een expansion wave tube (EWT) en een expansion cloud chamber (ECC)
(Muitjens 1996). De laatste bestaat uit een expansie cel die met een elektromagnetische klep
verbonden is met een lage-druk tank. Wanneer de klep geopend wordt, stroomt het binaire of
tertiaire mengsel naar de lage-druk tank. De druk en temperatuur dalen dientengevolge en
homogene condensatie zal optreden in de expansie cel.
Het aantal druppels in de cel kan worden bepaald met een tweetal lasers. De laserstralen passeren
de expansie cel in het rhombische gedeelte, waar de windows gekanteld zijn om hinderlijke reflecties
te voorkomen. De extinctie van de laserstralen die beiden door de druppelwolk in de meetsectie
heen gaan, wordt vastgelegd met behulp van een tweetal fotodiodes. De kleinste druppels die
gemeten kunnen worden hebben een diameter van dezelfde ordegrootte als de golflengte van het
licht (λ ~ 500 nm).
Opdracht
De analyse van de nucleatie experimenten berust grotendeels op de optische metingen, die worden
uitgevoerd met een tweetal lasers. Allereerst is het belangrijk om begrip te creëren van de optische
meetsectie binnen de expansie cel in de ECC. Vervolgens is het doel om de nieuwe lasers (532 of 671
nm, diode-pumped solid-sate, klasse 3B) binnen de gewenste toleranties uit te lijnen binnen de ECC
opstelling. Afhankelijk van testuitkomsten – na een succesvolle uitlijning – kan besloten worden om
de data acquisitie apparatuur te verbeteren en/of up te daten.
Doelstellingen




Algemene kennismaking met Expansion Cloud Chamber (ECC) opstelling (1 week)
Uitlijnen van de lasers binnen de gewenste toleranties (± 5 weken)
Mogelijkerwijs: updaten van de data acquisitie
Schrijven van bondig verslag met de focus op de optische meetsectie van de ECC (± 2-3
weken)
Engineering Thermodynamics for Energy Systems [ETES] – TU/e
Page 1
August 9, 2011
[BEP STAGE OPDRACHT, VERSIE 1.0]
Vaardigheden en voorkennis






Algemene experimentele vaardigheden;
Basiskennis laserdiagnostiek en optica;
Basiskennis LabView;
Communicatieve vaardigheden (lezen + schrijven) in zowel Nederlands als Engels;
Doorzettingsvermogen en zelfstandig kunnen werken;
Interesse in collegestof van o.a. warmte & stroming (4B260), thermodynamica (4B420),
fysische transportverschijnselen (3B470) en warmte-overdracht (4B680);
Referenties
Holten (2009) Water nucleation: wave tube experiments and theoretical considerations, V. Holten,
PhD thesis, Eindhoven University of Technology, 2009
Muitjens (1996) Homogeneous Condensation in a Vapour/Gas Mixture at High Pressures in an
Expansion Cloud Chamber, M. Muitjens, PhD thesis, Eindhoven University of Technology, 1996
Engineering Thermodynamics for Energy Systems [ETES] – TU/e
Page 2