Workshop "Meßtechnik für stationäre und transiente ...

Workshop
" Meßtechnik für stationäre und transiente Mehrphasenströmungen"
Rossendorf, 6.-7. November 1997
Ermittlung der Blasengeschwindigkeit einer Luft/Wasser-Spaltströmung mit
Hilfe der Hochgeschwindigkeitskinematographie
Dip1.-lng. St. Körner, Prof. Dr.-lng. L. Friedel, TU Hamburg-Harburg
Zur Vorhersage des sich bei gegebener Druckdifferenz einstellenden Massenstroms
eines Zweiphasengemischs durch enge Spallte ist neben der Zustandsänderung
der Gasphase während der Druckabsenkung U. a. auch die Kenntnis des sich
dabei einstellenden fluiddynamischen Ungleichgewichts in Form einer Relativ-
geschwindigkeit zwischen den Phasen von Bedeutung. Diese beiden Einflüsse
wurden mit Hilfe der Hochgeschwindigkeitskinematographie für eine Wasser/Luft-
Blasenströmung untersucht.
Abgesehen von der raschen Druckabsenkung aufgrund der plötzlichen Quer-
schnittsverengung im Spalteintritt treten keine nennenswerten Unterschiede
zwischen den experimentell ermittelten und den unter der Annahme einer iso-
thermen Zustandsänderungen berechneten Volumenänderung verschiedengroßer
Blasen auf. Die mittlere Geschwindigkeit der Blasen unterscheidet sich dabei nicht
wesentlich von der unter der Annahme einer homogenen Strömung berechneten.
Problem / Ziel
Für die Vorausberechnung des durch Wandrisse druckführender Anlagenteile austretenden
(Leck-)Massenstroms, in der Regel ein Gemisch aus Flüssigkeit und koexistierendem Dampf
oder Gas, wird neben der Kenntnis des auftretenden Siede- oder Entlöseverzuges bzw. der
Zustandsänderung des Gemischs U. a. die Größe des sich einstellenden fluiddynamischen Un-
gleichgewichts in Form einer Relativgeschwindigkeit zwischen den Phasen bzw. der Schlupf
benötigt. Bei diesem Ausströmvorgang sind wegen der nur kurzen Weglänge bzw. Rißtiefe und
der plötzlichen Querschnittsänderung am Rißeintritt die Einlaufstörungen noch nicht abge-
klungen. Somit liegt praktisch keine ausgebildete Zweiphasen-Strömung vor. Eine Übertrag-
barkeit der bereits bei ausgebildeter Zweiphasenströmungen vorliegenden Meßergebnisse, z. B.
in Rohren, dürfte damit per se nicht gegegeben sein. Wegen der in der Regel geringen lichten
Weite der Behälterrisse in der GröSenordnung von 0,5 mm ist weiterhin gegenüber den bis-
her hauptsächlich untersuchten Strömungen in kreisrunden Rohren bzw. (nahezu) verlustlosen
Düsen mit einem größeren Einfluß der Reibung auf das sich einstellende Geschwindigkeitsprofil
sowie den Schlupf zu rechnen.
GemäB den Untersuchungen von H. John et al. fl] und insbesondere von F. Westphal [4]
kann eine befriedigende Vorhersage des durch enge Spalte oder Behälterrisse austretenden
Zweiphasen-Leckmassenstroms mit dem Modell von P. Pana 121 erreicht werden. Dieses bein-
haltet als Untermodell neben dem Widerstandsbeivvert der Einphasen-Flüssigkeitsströmung U.