Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Bestimmung ...

3. Versuchsaufbau und Messtechnik zu den experimentellen Untersuchungen 35
3. Versuchsaufbau und Messtechnik zu den experimentellen
Untersuchungen
3.1 Grundüberlegungen und Vorgehensweise
Populationsbilanzen sind ein geeignetes Werkzeug zur Beschreibung der veränderlichen
Anzahldichteverteilungsfunktion, die zur Bestimmung der Phasengrenzfläche in technischen
Gas-Flüssigkeits-Systemen benötigt wird. Die Vorgänge, die die ADV beeinflussen, sind in
Kapitel 2.4 dargestellt. Insbesondere für die häufig auftretenden Vorgänge Koaleszenz und
Zerfall besteht noch ein großer Bedarf an experimentellen Daten zur Validierung der Populationsbilanzen.
Die Ziele dieser Arbeit sind in Kapitel 2.8 dargestellt. Grundüberlegung für die Vorgehensweise
ist es, wegen der starken Kopplung der Vorgänge Blasenbildung, Koaleszenz/Zerfall
und Turbulenzmodifikation, zunächst Untersuchungen zur Einzelblasenbildung sowie in
Strömungen geringer Blasendichte durchzuführen, um die Einzelprozesse so weit wie möglich
zu isolieren und physikalisch beschreibbar zu machen. Es ergeben sich folgende Schritte
der Vorgehensweise:
1. Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Primärblasenbildung in verschiedenen
Eindüsekonfigurationen
2. Experimentelle Untersuchung von Zerfalls- und Koaleszenz-Einzelprozessen in turbulenten
Blasenströmungen geringer Blasendichte
3. Gekoppelte Messung der Entwicklung von Strömungsgrößen und Blasengrößenverteilungen
in Rohrströmungen verschiedener Geometrie und mit unterschiedlichen Gasanteilen.
Als Referenz werden Messungen der mittleren Geschwindigkeit und von Turbulenzgrößen
in einphasigen Strömungen durchgeführt.
4. Vergleich der Messergebnisse mit Berechnungsansätzen
Grundidee der Untersuchungen ist es, durch den Einsatz von verschiedenen Turbulenzerzeugern
in der Strömung eine gezielte Veränderung des Turbulenzniveaus zu erreichen, um so
dessen Einfluss auf die Blasendispersion zu studieren. Die Informationen über die Turbulenz
der kontinuierlichen Phase und die Blasengrößenverteilungen sind Schlüsselparameter für
die Bewertung der Berechnungsergebnisse der Populationsbilanzgleichungen. Untersuchungen
über Wirbelgrößen und Energieverteilungen der turbulenten kinetischen Energie können
wichtige Anhaltspunkte über den Einfluss der Turbulenz auf die Koaleszenz- und Zerfallsvorgänge
von Blasen liefern.
Bei allen Untersuchungen werden die Geometrie und Strömungs-Randbedingungen (Blasenerzeuger,
Turbulenzerzeuger, Gas- und Flüssigkeitsleerrohrgeschwindigkeiten) so variiert,
dass ein möglichst umfassender Bereich für die Validierung der Berechnungsmodelle der
Blasengrößen abgedeckt wird. Die Strömungsgeschwindigkeit für Wasser orientiert sich
dabei an Schlaufenreaktoren mit freier Zirkulation bis hin zu Systemen mit erzwungener
Konvektion. Die Gasdurchsätze sind so gewählt, dass verschiedene Strömungsformen von