Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Bestimmung ...

2. Stand der Forschung 17
-Geometrieparametern, wie Lochdurchmesser, Lochanzahl, Teilung, Vorkammervolumen
und Strömungsführung im Apparat, und
-Stoffwerten der jeweiligen Gas- und Flüssigkeitsphase.
Die Größe des Gasvolumenstroms in die Blase ist der wichtigste Einflussfaktor auf die Primärblasengröße.
Grundsätzlich unterscheidet man zwischen drei Arten der Blasenbildung:
Einzelblasenbildung, Blasengasen und Strahlgasen.
Einzelblasenbildung Blasengasen Strahlgasen
Abb. 2.3 Mechanismen der Blasenbildung an Düsenöffnungen
Die Einzelblasenbildung erfolgt bei sehr niedrigen Gasdurchsätzen, weshalb sie technisch
selten relevant ist. Die Blasengröße ist bei diesem Bildungsmechanismus praktisch konstant
und mit steigendem Gasvolumenstrom durch die Düse steigt nur die Blasenfrequenz an.
Beim Blasengasen bildet sich eine Blasenkette und die hintereinander aufsteigenden Blasen
beeinflussen sich gegenseitig. Die Blasengröße vergrößert sich mit steigendem Gasdurchsatz.
Ab einer bestimmten kritischen Gasstromrate besteht keine Möglichkeit mehr, die Gasmenge
mittels einzelner Gasblasen zu transportieren. Die nacheinander gebildeten Blasen
stoßen gegeneinander. Nach Ansicht vieler Autoren verschmelzen die Einzelblasen bei weiterer
Steigerung des Gaszusatzes zu einem Gasstrahl, der dann an seinem Ende durch turbulente
Strömungskräfte zerfällt. Es bildet sich eine breite Blasengrößenverteilung aus. Auf
Basis von Hochgeschwindigkeitsvideoaufnahmen zeigten Räbiger und Vogelpohl [96], dass
sich auch im Strahlgasenbereich noch einzelne voneinander getrennte Blasen bilden. Die
trennende Lamelle zwischen den sich unmittelbar hintereinander bildenden Blasen wird
durch den aus der Düse austretenden Gasstrahl bei hohen Geschwindigkeiten zerschlagen.
Obwohl in technischen Systemen häufig hohe Gasdurchsätze notwendig sind, und somit
Strahlgasen auftritt, existiert bislang aufgrund der extrem komplexen Strömungsfelder der
flüssigen Phase keine allgemein anerkanntes Modell zur Beschreibung des Strahlgasens.
Wenige Untersuchungen existieren zum Einfluss überlagerter Flüssigkeitsströmung auf die
Blasenbildung [124]. So ist der sich einstellende Blasenbildungsmechanismus und damit die
Primärblasengröße von der überlagerten Flüssigkeitsgeschwindigkeit abhängig. Schwarzer
zeigt, dass die Blasengröße mit steigender Flüssigkeitsgeschwindigkeit abnimmt.
Eine weiteres Unterscheidungsmerkmal, das für die Modellbildung eine wesentliche Rolle
spielt, ist das zeitliche Verhalten des Gasvolumenstromes in die sich bildende Blase, der ins-