Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Bestimmung ...

II
3.6 Faseroptische Sonden ........................................................................................................59
3.6.1 Signalauswertung ................................................................................................59
3.6.2 Transformation von Sehnenlängenverteilungen in Anzahldichteverteilungen ...60
3.6.3 Fehlerabschätzung bei Messungen mit faseroptischen Sonden ..........................63
3.7 Druckmessung ...................................................................................................................67
4. Messergebnisse und Auswertung ......................................................................... 69
4.1 Untersuchung der Blasenbildung bei verschiedenen Eindüsekonfigurationen und
Bestimmung der Primärblasengröße..................................................................................69
4.1.1 Einfluss des Eindüseröhrchendurchmessers auf die Primärblasengröße ............69
4.1.2 Einfluss der überlagerten Flüssigkeitsgeschwindigkeit auf die
Primärblasengröße ..............................................................................................70
4.1.3 Einfluss der Eindüsegeometrie auf die Primärblasengröße ................................72
4.1.4 Beobachtungen zum Einfluss von Koaleszenz und Zerfall beim Strahlgasen....72
4.2 Untersuchung der Einzelprozesse Koaleszenz und Zerfall in Blasenströmungen
geringen Gasgehalts...........................................................................................................74
4.2.1 Koaleszenz ..........................................................................................................74
4.2.2 Zerfall..................................................................................................................79
4.3 Messung der räumlichen Entwicklung zeitgemittelter Strömungsparameter in einem
90-mm-Rohr.......................................................................................................................83
4.3.1 Strömungsrandbedingungen................................................................................83
4.3.2 Primärblasenbildung ...........................................................................................83
4.3.3 Axialer Druckverlauf ..........................................................................................84
4.3.4 Turbulenz der einphasigen Strömung .................................................................85
4.3.5 Mittlere Geschwindigkeit der Zweiphasenströmung ..........................................87
4.3.6 Turbulenz der zweiphasigen Strömung...............................................................88
4.3.7 Aufstellung einer Korrelation zur Berechnung der blaseninduzierten
Turbulenz ............................................................................................................93
4.3.8 Axiale Entwicklung der Gasgehaltsprofile .........................................................95
4.3.9 Entwicklung der Profile der mittleren Sehnenlänge ...........................................96
4.3.10 Entwicklung der querschnittsgemittelten Anzahldichte ..................................100
4.3.11 Fehlerbetrachtung..............................................................................................101
4.4 Messung der räumlichen Entwicklung der querschnittsgemittelten, zeitgemittelten
Strömungsparameter 50-mm-Rohr ..................................................................................101
4.4.1 Strömungsrandbedingungen..............................................................................102
4.4.2 Flüssigkeitsturbulenz ........................................................................................102
4.4.3 Gasgehalt...........................................................................................................103
4.4.4 Entwicklung der Anzahldichteverteilungsfunktion (ADV) ..............................105
4.4.5 Mittleres Blasenvolumen ..................................................................................108
4.4.6 Grenzflächenkonzentration ...............................................................................110
4.4.7 Fehlerbetrachtung.............................................................................................111
4.5 Messungen in einer Rohrströmung mit statischem Mischer............................................111
4.5.1 Strömungsentwicklung......................................................................................113
5. Validierung einer Momentenmethode für charakteristische
Blasengrößenparameter ...................................................................................... 115
5.1 Formulierung der Momentenmethode zur Lösung der Populationsbilanz ......................115
5.1.1 Darstellung der Populationsbilanzgleichungen mit einer Momentenmethode .115
5.1.2 Vorgehensweise zur Lösung der Momentenmethode........................................116
5.1.3 Bestimmung der statistischen Momente für die Eintrittsverteilung..................116
5.1.4 Berechnung der Kernel in den Quelltermen der Momentengleichungen..........117
5.1.5 Momentengeschwindigkeiten ...........................................................................119
5.1.6 Neuberechnung der Momente...........................................................................120
5.1.7 Darstellung der Koaleszenz- und Zerfallskernel als Funktion von statistischen
Blasengrößenparametern und der turbulenten Dissipationsrate........................121
5.2 Vergleich berechneter Blasenanzahldichten und Blasendurchmesser mit experimentell
bestimmten Werten .........................................................................................................123