Analysis and modelling the coating of solid particles
Fluid Mechanics
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde die Kollision von monodispersen Tropfen mit sphärischen Partikeln untersucht. Speziell dafür wurde eine Versuchsanlage entwickelt, welche die Kollision der Tropfen mit freibeweglichen Partikeln ermöglichte. Dadurch sollte gewährleistet werden, dass die Tropfen-Partikel Kollisionen bei den experimentellen Arbeiten mit denen des realen Beschichtungsprozesses vergleichbar sind. Durch ein hochauflösendes Hochgeschwindigkeits- Kamerasystem, konnten die Tropfen- und Partikelbewegung, die Kollision und die daraus resultierende Beschichtung erfasst werden. Mit Hilfe der entwickelten Bildanalysemethode mit automatischer Erkennung der Tropfen und Partikelparameter, der Tropfen-Partikel Kollision und der anschließenden Auswertung der Beschichtung der Partikeloberfläche konnten ~ 1500 Kollisionen ausgewertet werden. Die aus den Versuchen resultierenden Ergebnisse wurden anschließend in dem für Tropfen-Tropfen Kollision verwendeten B - We Diagramm dargestellt. Diese weisen für alle Versuche eine eindeutige Trennlinie zwischen Deposition und Separation, bzw. teilweise Deposition oder Tropfenabprall, auf. Mit Hilfe bestehender Ansätze zur Beschreibung dieser Trennlinie bei Tropfe-Tropfen-Kollisionen wurde ein Modell entwickelt, welches auf der Grundlage dimensionsloser Kennzahlen sowie den physikalischen Flüssigkeitseigenschaften beruht. Damit können die Kollisionsergebnisse der in diesem Forschungsprojekt durchgeführten Versuche, sowie die in der Literatur verfügbaren Kollisionsergebnisse gut beschrieben werden. Die Bildanalysemethode ermöglichte zusätzlich die dynamische Auswertung der Filmdicke, des benetzten Partikelumfangs, der Kontaktwinkel und entscheidend für die Beschichtung des Volumens der deponierten Flüssigkeit. Durch die Ermittlung des deponierten Tropfenvolumens, konnte in Abhängigkeit des Kollisionsparameters B und des Größenverhältnisses Δ ein Modell zur Beschreibung des deponierten Volums entwickelt werden. Damit kann die Reduktion des deponierten Tropfenvolumens mit steigendem Auftreffparameter (lateraler Tropfenaufprall) erstmalig im Modell berücksichtigt werden. Die in diesem Forschungsprojekt entwickelten Modelle wurden auf Grundlage der aktuell verfügbaren experimentellen Daten entwickelt. Durch weitere experimentelle Untersuchungen mit anderen Randbedingungen sollte es möglich sein, die hier vorgestellten Modelle weiter zu verbessern.
Publications
- Einfluss des Größenverhältnisses auf das Vermischungsverhalten kollidierender Tropfen. Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppen Mehrphasenströmungen (MPH), Wärme und Stoffübertragung (WSUE), Computational Fluid Dynamics (CFD), Hochtemperaturtechnik (HTT), Abfallbehandlung und Wertstoffrückgewinnung (AuW), Kristallisation (KRI) und Partikelmesstechnik (PMT), Mehrphasenströmungen, Bremen, 06. – 09. März 2018
Pasternak, L. und Sommerfeld, M.
- Coating of free falling Particles. Jahrestreffen Reaktionstechnik 2019 gemeinsam mit der Fachgruppe Mehrphasenströmungen, Festung Marienberg, Würzburg, 27. – 29. Mai 2019
Pasternak, L. und Sommerfeld, M.
- Influence of droplet properties on the coating of free-falling spherical particles. Atomization and Sprays, Vol. 32, 37 – 61 (2021)
Pasternak, L., Moreno Mañas, M. J. and Sommerfeld, M.
(See online at https://doi.org/10.1615/atomizspr.2020035649)
