DA032 - Lehrstuhl Verbrennungskraftmaschinen und Flugantriebe ...

4. Strömungsmischvorgänge - 32 -
4.3.2 Vergleich von Ein- und Zweiphasenströmung
Gegenüber der Einphasenströmung neigen Zweiphasenströmungen viel mehr zu
Instabilitäten. Auftretende Erscheinungen können Schwankungen im Massenstrom oder
periodische Änderungen der Strömungsform sein.
Weiterhin sind die laminare und die turbulente Strömungen Strömungszustände, die in
Einphasenströmungen auftreten können. In Zweiphasenströmungen sind diese ebenfalls
vorhanden. Jedoch gibt es eine Vielzahl weiterer Zustände wie Blasenströmungen,
Schwallströmungen, geschichtete Strömungen und so weiter. Strömungszustände der
Zweiphasenströmung sind abhängig von der Art der Fluid- Fluid- Kombination, der
Strömungsanteile und deren Richtungen. Somit sind die Strömungszustände primär durch
die Geometrie der Schnittstelle geprägt.
4.4 Drallphänomene und Wirbelformen
Drallströmungen, auch Drehströmungen genannt, treten in vielfachen technischen
Anwendungen wie Zerstäuberdüsen, Brennern, Tragflügelspitzen, Zyklonabscheidern und
Strömungsmaschinen auf. Im Vergleich zu entsprechenden drallfreien Strömungen bringen
diese erwünschte und unerwünschte Effekte mit sich. Neben der Turbulenz und der aufgrund
des Dralls stark gekrümmten Stromlinien ist das wichtigste Kennzeichen in technischen
Drehströmungen das Auftreten einer axialen Strömungsumkehr. Die dazu erforderliche
Drallstärke wird als kritische Drallstärke bezeichnet. Diese wird im englischen auch „vortex
breakdown“ genannt.
Drallströmungen sind in den technischen Anwendungen verbreitet:
• Brennkammern von Flugtriebwerken
• Wärmetauschern
• Verbrennungsanlagen (Drallbrenner)
• Verbrennungsmotoren (einlassinduzierte Drallströmung im Dieselmotor)
• Turbomaschinen und Transportsystemen (Pipelines)
Auftretende Dreh- und Drallströmungen finden beim Mischprozess unterschiedlicher
Gasströme ihre Anwendung. Eine Beschleunigung des Mischungsvorganges wird erzielt,
indem durch eine Überlagerung der zusätzlichen Umfangsgeschwindigkeitskomponente der
mittlere Geschwindigkeitsgradient und die damit verbundene Turbulenzproduktion erhöht
wird. Eine Steigerung der Mischungsintensität kann bei einem größeren Drall durch die
Ausbildung einer inneren Rezirkulationszone erreicht werden, wodurch sich wiederum die
Geschwindigkeitsgradienten und die damit verbundene Turbulenzproduktion erhöht.