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2.5 Fluiddynamische Grundlagen 39
thermodynamischen Gleichgewicht. Beim homogenen Ungleichgewichtsmodell hingegen
treten kein Wärme- und Stofftransport zwischen den Phasen auf. Die treibende
Kraft zum Ausströmen ist dabei nur die Expansion des Gases.
Den geringsten Aufwand (bezüglich der Bereitstellung bekannter Größen) benötigt
das homogene Ungleichgewichtsmodell [May82]. Die Massenstromdichte ist:
ṁ kritHU = 1 (
( ) κ
v · 2 · x 0 · v G0 · p 0 · · ( ) )
1 − n κ−1 0,5
κ
κ − 1
, (2.39)
mit dem spezifischen Volumen v des Gemisches:
und der Größe n:
v = (1 − ẋ 0 ) · v F0 + ẋ · v G0 · n 1 κ (2.40)
( ) κ
2 κ−1
n =
. (2.41)
κ + 1
Die mit dem Index 0 bezeichneten Größen sind auf den Ruhezustand unmittelbar
vor Düseneintritt bezogen. Unabhängig vom verwendeten Modell ergibt sich
eine kritische Geschwindigkeit der Zweiphasenströmung, die je nach Phasenanteil
wesentlich niedriger liegt als die Schallgeschwindigkeiten einphasiger Fluide
[Rae95].
2.5.4 Strömungseinschnürung
In einer Stufendüse oder beim Durchfluss von Blenden verkleinert sich die Querschnittsfläche
A 1 auf die Fläche A 2 . Unmittelbar nach der Querschnittsverkleinerung
beobachtet man eine Einschnürung oder Kontraktion der Strömung. Dies
wird als Vena Contracta bezeichnet (s. Abb. 2.13). Durch die Verkleinerung des
Strömungsquerschnitts erfährt die Strömung eine Beschleunigung, in der Vena
Contracta mit der minimalen Querschnittsfläche A V C erreicht sie ihre höchste
Geschwindigkeit [Lex04].
Die zunächst verengte Strömung erfährt stromabwärts eine Erweiterung auf
den Querschnitt A 2 . Zwischen der Strömungskontraktion und der Rohrwand
kommt es zur Wirbelbildung. Dies hat einen Druckverlust der Strömung zur Folge.