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2.1 Einphasige Strömung im Rührkessel 22
großen Abströmgeschwindigkeiten starke Scherfelder, wie sie für Dispergierprozesse
notwendig sind [98].
Die Strömungsgeschwindigkeiten, die sich bei Einsatz einer Rushton-
Turbine im Kessel einstellen, wurden von Lee & Yianneskis [53]
experimentell bestimmt. Die Autoren beziehen die radiale Geschwindigkeitskomponente
auf die Rührerumfangsgeschwindigkeit u tip =
πnd. Sie ermitteln für die bezogene mittlere radiale Geschwindigkeit
u r der Flüssigkeit im Abströmbereich der Rushton-Turbine die
Beziehung:
( ) −0,99
u r d/2
=0, 74
. (18)
u tip D/2
Sie erreicht in unmittelbarer Nähe zum Rührer 85% der Rührerumfangsgeschwindigkeit
und nimmt zur Kesselwand hin ab. In unmittelbarer
Rührernähe weist die Geschwindigkeit der Flüssigkeit periodische
Schwankungen auf, die auf das Passieren der Rührerblätter und
die dadurch verursachte Pumpwirkung zurückgeführt werden. Diese
periodischen Geschwindigkeitsschwankungen klingen mit zunehmender
Entfernung vom Rührer rasch ab [53].
Schäfer et Al. [82] erhalten aus ihren experimentellen Untersuchungen
des Strömungsfeldes, das von einer Rushton-Turbine erzeugt
wird, die gleiche Beziehung. Zudem berichten sie, dass der untere
Flüssigkeitswirbel deutlich stärker als der obere ist, da die axiale
Zulaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit zum Rührer aus dem unteren
Wirbel 25%, die aus dem oberen Wirbel jedoch nur 15% der
Rührerumfangsgeschwindigkeit beträgt. Dies führen die Autoren auf
die Einbauhöhe des Rührers zurück (h = H/3). Damit enthält der
obere Wirbel zwei Drittel, der untere Wirbel ein Drittel der gesamten
Flüssigkeitsmenge im Rührkessel (vgl. Abb. 3), was zu unterschiedlich
großen Impulsaustauschverlusten in den beiden Wirbeln führt
[82].
Neben der mittleren radialen Geschwindigkeit ū r kann bei turbulentem
Betrieb auch die Schwankungsgeschwindigkeit u ′ (t) imAbströmbereich
der Rushton-Turbine mit der Rührerumfangsgeschwindigkeit
skaliert werden [17, 82].