Untersuchung des Überganges von Aerosolpartikeln in Flüssigkeiten mit einer adaptiv-optischen Messtechnik für hochdynamische Phasengrenzflächen
Das Forschungsvorhaben hat zum Ziel, grundlegende Fragestellungen zum Übergang von Aerosolpartikeln in Flüssigkeiten im trägheitsdominierten Bereich mittels einer neuartigen Messtechnik zu untersuchen und ein Modell zur Vorhersage der Abscheiderate unter Berücksichtigung der Formänderung der Flüssig-Gas-Phasengrenzfläche durch Oberflächenspannung und Strömungssituation zu entwickeln.
Während im Bereich der molekularen Diffusion (Partikeldurchmesser < 0,1 µm) die Gasströmung keine signifikante Rolle spielt und die Partikelabscheiderate gut vorhergesagt werden kann, ist dies für größere Partikel nicht mehr der Fall. Im Durchmesserbereich von 0,1 µm bis etwa 2,5 µm kann die Massenträgheit der Partikel nicht mehr vernachlässigt werden und der dominierende Abscheidungsmechanismus ist die trägheitsbedingte Impaktion. Dadurch kommt den beteiligten Strömungsfeldern in der gasförmigen und der flüssigen Phase eine zentrale Bedeutung zu. In diesem Bereich können bisherige Modelle, wie z. B. das von sphärischen Gasblasen ausgehende Modell von Pich [9], die Abscheiderate nicht zuverlässig beschreiben. Die Gründe dafür sind vielfältig. Die durch die Adsorption lokal veränderte Oberflächenspannung, die fluktuierende Phasengrenzfläche und die damit assoziierte Änderung der Strömungsfelder in der Gas- und Flüssigkeitsphase blieben bisher unberücksichtigt. Präzise experimentelle Untersuchungen der komplexen dreidimensionalen Strömungsfelder wurden bisher durch die von der Lichtbrechung an der allseitig offenen Phasengrenzfläche hervorgerufenen Aberrationen erschwert, so dass bisher kaum experimentelle Daten zur Verfügung stehen. Der erstmalige Einsatz adaptiv-optischer Elemente in der Strömungsmesstechnik zur Aberrationskorrektur soll mit diesem Vorhaben einen Paradigmenwechsel einleiten. An der MST soll ein Particle-Tracking-Messsystem realisiert und eingesetzt werden, bei dem eine Bildkorrektur auf Basis eines deformierbaren Spiegels verwendet wird, um die von den fluktuierenden Phasengrenzflächen induzierten Messabweichungen zu korrigieren. Damit werden Messungen der Um- und Innenströmung von Wassertropfen und Gasblasen durchgeführt. Am HZDR werden Messungen der Partikelabscheiderate und Simulationen der Dreiphasenströmungen durchgeführt. Mit den durchgeführten Messungen wird eine breite Datenbasis für eine Modellbildung geschaffen.
Bearbeiter: C. Bilsung, L. Büttner