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2.5 Fluiddynamische Grundlagen 24
2.5 Fluiddynamische Grundlagen
2.5.1 Zerfallsprozesse von Flüssigkeitsstrahlen
Die Zerstäubung von Flüssigkeiten kommt in vielen technischen Anwendungen
zum Einsatz. Die grundlegenden Mechanismen sind seit längerer Zeit Gegenstand
der Forschung, sie sind umfassend z.B. in [Lef89] dargestellt.
Generell unterscheidet man den Primär- und den Sekundärzerfall. Der Primärzerfall
wird von der Düsenart und -geometrie beeinflusst, der Sekundärzerfall beschreibt
die Wechselwirkung der bewegten Tropfen mit der Umgebung.
Die verschiedenen Zerfallsarten können durch die dimensionslosen Kennzahlen
Reynolds-, Weber- und Ohnesorgezahl beschrieben werden.
Reynoldszahl
Die Reynoldszahl beschreibt das Verhältnis zwischen Trägheitseinfluss (Trägheitskraft)
und Einfluss der Viskosität des Umgebungsmediums (Reibungskraft). Beim
Flüssigkeitszerfall bietet sich als geometrische Länge der Tropfendurchmesser an.
Die Reynoldszahl für den Flüssigkeitszerfall Re d lautet somit:
Re d = w · ϱ L · D T r
η L
. (2.7)
Dabei gehen die Strömungsgeschwindigkeit w, die Dichte der Flüssigkeit ϱ L ,
der Tröpfchendurchmesser D T r und die dynamische Viskosität η L ein.
Weberzahl
Die Weberzahl We bezeichnet das Verhältnis von Trägheitskräften zu Oberflächenkräften.
Sie setzt somit die zerstörenden aerodynamischen Kräfte zur stabilisierenden
Oberflächenspannung ins Verhältnis. Bezogen auf den Flüssigkeitszerfall
lautet sie:
We d = w2 · ϱ G · D T r
. (2.8)
σ
Die Weberzahl We d ist abhängig von der quadratischen Strömungsgeschwindigkeit
w, der Dichte des Umgebungsgases ϱ G , des Tröpfchendurchmessers D T r
und der Oberflächenspannung σ.