Workshop "Meßtechnik für stationäre und transiente ...

spezifische Volumen der Luft jedoch an und die Blase expandiert. Je nach der sich einstel-
lenden Zustandsänderung der Luft bzw. dem Wärmeübertrag von der Flüssigkeit an die Blase
können sich dabei theoretisch unterschiedliche spezifische Blasenvolumen bzw. Lufttempe-
raturen einstellen. Im Grenzfall eines vollständigen Wärmeaustauschs zwischen einer Blase
und der umgebenden, in erster Näherung bei gleicher Temperatur verharrenden Flüssigkeit1
bleibt auch die Temperatur der Luft konstant, d. h. die Zustandsänderung bei der Expansion
der Blase erfolgt ebenfalls isotherm. Wird dagegen keine Wärme von der Flüssigkeit an das
Gas übertragen, expandiert die Blase adiabat. Dadurch ist sowohl die sich einstellende Luft-
temperatur als auch das spezifische Volumen z. T. erheblich kleiner als bei Annahme einer
isothermen Zustandsänderung. Infolgedessen nimmt das Gesamtvolumen einer Blase entspre-
chend weniger zu. Mit Hilfe des aus den Filmaufnahmen ermittelten Volumens einer Blase bzw.
dessen Änderung in Abhängigkeit des zusätzlich gemessenen statischen Wanddrucks entlang
der Strömungsstrecke wurde die Zustandsänderung des Gases in den Luftblasen abgeschätzt.
lnfolge der Expansion der Blasen mit sinkenden Druck erhöht sich das Luftvolumen entlang der
Strömungsstrecke. Gleichzeitig vergrößert sich dabei auch der volumetrische Luftgehalt bzw.
das mittlere spezifische Volumen des Zweiphasengemischs. Aufgrund der über die gesamte
Länge konstanten Querschnittsfläche des Spalts resultiert aus dieser Volumenzunahme eine
höhere mittlere Strömungsgeschwindigkeit, d. h. das Zweiphasengemisch muß beschleunigt
werden. Dies äußert sich U. a. in einem entlang der Strömungsstrecke progressiv abfallenden
statischen Druck. Da die Dichten von Wasser und Luft sich jedoch um mehrere Größenord-
nungen voneinander unterscheiden, würden sich bei identischem längenbezogenem Beschleu-
nigungsdruckabfall und vernachlässigbar kleinem lmpulsaustausch zwischen den Phasen für
diese auch verschieden große mittlere Geschwindigkeiten einstellen. Als Folge des z. B. bei
einer Btasenströmung auftretenden intensiven Impulsauctauschs zwischen den Blasen und der
umgebenden Flüssigkeit sowie der Wandreibung werden diese Unterschiede jedoch zumindest
teilweise ausgeglichen.
Hochgeschwindigkeitskinematographie und Bildauswertung
Mit der Hochgeschwindigkeitskinematographie kann der Ort einzelner Blasen im Bereich der
gesamten Spaltlänge mit einer hohen zeitlichen Auflösung von bis zu 50 ps, entsprechend
20 000 Bilder pro Sekunde, beobachtet werden. Aufgrund dieser hohen Bildfrequenz ist: infolge
der entsprechend kurzen Ladezeiten der Blitzlampe die zur Verfügung stehende Lichtenergie pro
Bild jedoch äußerst gering. Um trotzdem eine ausreichende Beleuchtung zu ermöglichen, sind
die Filmaufnahmen im sog. Durchlichtverfahren durchgeführt worden. Dabei befinden sich die
Kamera, die durchleuchtete Meßstrecke, eine auf das Kameraobjektiv focusierte Sammellinse
und die Blitzlampe in einer optischen Ebene. Dieser in der Hochgeschwindigkeitskinemato-
graphie häufig angewendete optische Aufbau gewährleistet eine optimale Bündelung des zur
Verfügung stehenden Lichts.
Die Größe sowie die lokafe Position der Blase zum jeweiligen Zeitpunkt werden mit Hilfe von
Auswertungsalgorithmen aus den Filmaufnahmen ermittelt. Hierfür werden diese zunächst di-
lDurch die Abkühlung des Gases bei Druckabsenkung kommt es bei setes ideal gleichen Temperaturen
von FiGssigkeit und Gas zu einer resultierenden Abkühlung beider Phasen. Die Temperaturänderung des Was-
sers kann für die hier betrachteten niedrigen Masseniuftgehafte und Druckdifferenzen jedoch aufgrund einer
Enthatpiebilans in erster Näherung vernachlässigt werden.