Kombinierte volumetrische PIV-LIF Untersuchungen zur Korrelation von Schwarmturbulenz und Durchmischung im mitbewegten Teilvolumen eines stabilen/instabilen Blasenschwarms

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christoph Brücker
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 256573041

Dynamische Interaktionsprozesse und Clusterformationen von Blasen in Schwärmen haben einen bedeutenden Einfluss auf die Durchmischung und die Stoffumsätze in reaktiven Blasensäulen. Diese dynamischen Prozesse sind unter anderem auf hydrodynamische Instabilitäten auf der lokalen Skala der Blasengröße zurückzuführen (Nachlaufinstabilität, Nachlaufwechselwirkung, Formänderung und Wechsel der Lift-Forces). Bei Blasensäulen, in denen die blaseninduzierte Turbulenz dominiert, sind diese Prozesse der treibende Motor für die Durchmischung. Entsprechende Korrelationen der damit verbundenen Auswirkungen auf die Durchmischung und den Stoffaustausch existieren bisher nicht. Zur Untersuchung dieser Prozesse wird eine große, um die senkrechte Achse drehbare Blasensäule (DN 500, Höhe 5m) mit lokaler, teilkontinuierlicher Begasung eingesetzt (Stoffsystem CO2/Wasser), an der die lokalen Prozesse im mitbewegten Beobachtungssystem während der fortlaufenden Interaktionen in einem Teilvolumen (Cluster von N10-50 Blasen) verfolgt werden können. Das Ziel der Untersuchungen ist es, innherhalb des Teilvolumens das räumliche Strömungsfeld gleichzeitig mit dem räumlichen Konzentrationsfeld mit zeitauflösender, bildgebender 3D-PIV/LIF Messtechnik zu erfassen und zu verfolgen und deren Korrelation in Abhängigkeit der Blasenverteilung und Bewegung zu analysieren. Die Versuchstechnik wird in der ersten Antragsperiode unter anderem auch so eingestellt, dass vergleichbare Randbedingungen wie in hochauflösenden DNS/LES Strömungssimulationen an Blasenclustern (N<50) in einer sogenannten periodischen Box vorliegen. Damit ist ein direkter quantitativer Vergleich mit verschiedenen Arbeitsgruppen im SPP möglich, wo diese Messungen als Referenzexperiment dienen sollen. Auf Basis der gewonnenen Ergebnisse soll ein geeignetes Stofftransportmodell abgeleitet werden, welches diese Dynamik lokal berücksichtigt. Die Versuche an den Blasenschwärmen werden auch unter dem Einfluss einer rotierenden Hintergrundbewegung um die senkrechte Achse durchgeführt, um die Auswirkung umlaufender helikaler Instabilitäten auf den Schwarm gezielt untersuchen zu können. In der zweiten Förderperiode werden die Methoden in einer Blasensäule im verkleinerten Maßstab eingesetzt, in der die Wechselwirkung mit der Reaktion im System untersucht werden soll (Stoffsystem: CO2/Natronlauge).

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1740: Einfluss lokaler Transportprozesse auf chemische Reaktionen in Blasenströmungen
• Internationaler Bezug: Großbritannien