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1.3 Stand des Wissens 8
Die lokalen Untersuchungen der Fluiddynamik der flüssigen Phase in
begasten Rührkesseln liefern einen Ansatz für die Bestimmung des
maximal stabilen Blasendurchmessers. Dabei wird das Geschwindigkeitsfeld
der Flüssigkeit in meist einphasig betriebenen Rührkesseln
untersucht und auf den zweiphasig betriebenen Rührkessel übertragen.
Neben den zeitlich gemittelten Geschwindigkeiten werden die durch
den Rührvorgang in der Flüssigkeit induzierten turbulenten Schwankungsgeschwindigkeiten
bestimmt [46, 49, 53, 59, 67, 82, 83, 93, 94,
99, 100]. Basierend auf der Kolmogorov’schen Turbulenztheorie und
den Annahmen von Hinze [38] wird daraus eine turbulente Schubspannung
errechnet [49, 82, 94]. Mit Hilfe dieser Größe wird über
eine Kräftebilanz an einer in die Strömung hineingedachten Blase
ein Stabilitätskriterium für diese Blase aufgestellt und die an dieser
Stelle maximal stabile Blasengröße bestimmt.
Werner [93, 94] erweitert die Kräftebilanz um die Änderung der kinetischen
Energie einer Blase, die maximal so groß sein kann, wie ihre
Oberflächenenergie. Zusätzlich fordert er die Gültigkeit des Bohr-
Wheeler-Kriteriums, das besagt, dass eine instabile Blase in zwei
Blasen gleicher Größe zerfällt. Für kleine Gasgehalte in nicht koaleszierenden
Systemen findet Werner [93] eine gute Übereinstimmung
seiner theoretischen Vorhersage des Sauterdurchmessers mit Messergebnissen
aus der Literatur.
Den Arbeiten ist die Annahme gemein, dass die Gasphase die
Strömung der Flüssigkeit nicht signifikant beeinflusst und die Modellvorstellung
von Brodkey [9] zutrifft, nach der der Sauterdurchmesser
der Blasen proportional zum maximal stabilen Blasendurchmesser
und damit aus den Strömungsgrößen der Flüssigkeit errechenbar
ist.
Die mittleren Geschwindigkeiten und die Turbulenzintensitäten der
Flüssigkeit in einem begasten Rührkessel werden in [2, 78, 81, 83]
gemessen. In diesen Arbeiten wird der Einfluss der Gasphase auf
diese Größen untersucht. Nach Bakker & van den Akker [2] ist
die Strömung der Flüssigkeit im begasten wie unbegasten Fall kinematisch
ähnlich. Die Änderungen der Geschwindigkeitskomponenten