Grundlagen der elektronischen Partikel-Aufladung in Korona-Entladungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ulrich Riebel
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464808350

Die elektrische Aufladung von Aerosolen ist ein wichtiger Prozess in vielen technischen Anwendungen und auch in der Aerosol-Messtechnik. Die Kinetik der Aerosolaufladung durch positive oder negative Gasionen aufgrund der Mechanismen der Diffusionsaufladung und Feldaufladung ist gut bekannt. Daneben gibt es jedoch auch Situationen, in denen Aerosole wesentlich schneller und stärker als erwartet aufgeladen werden. In der Regel wird dies einer Aerosolaufladung durch freie Elektronen zugeschrieben. Diese „Elektronische Aufladung“ von Aerosolen ist insbesondere bei nur geringen Konzentrationen elektronegativer Gase oder bei erhöhten Temperaturen zu erwarten. Hier erfolgt die Bildung negativer Gasionen gar nicht oder zeitverzögert, sodass der Stromtransport in der Korona-Entladung ganz oder teilweise durch freie Elektronen erfolgt. In elektrischen Feldern erreichen die freien Elektronen sehr hohe (Nichtgleichgewichts-) Elektronentemperaturen, und die Aerosolteilchen können durch elektronische Diffusionsaufladung sehr hohe Ladungswerte erreichen. Bisher fehlt es an systematischen Untersuchungen zur Kinetik der Elektronischen Aufladung von Aerosolen. Darüber hinaus fehlt es für die in technischen Anwendungen üblichen Gasmischungen an den Daten, die für eine theoretische Vorausberechnung der elektronischen Aufladung erforderlich wären. Im Rahmen des Projektes sollen daher die Grundlagen für eine quantitative Modellierung der elektronischen Aufladung in Koronaentladungen bereitgestellt und validiert werden. Dies soll zunächst für das auch technisch relevante Modellsystem N2-O2-H2O und Submikrometer-Aerosole geschehen. Für Messungen zur Ladungsträger-Kinetik werden an die Bedingungen angepasste Driftrohr-Versuche entwickelt. Auch die Messungen zur Kinetik der Aerosolaufladung werden zunächst im Driftrohr in einem homogenen E-Feld durchgeführt. Weiterhin soll eine Validierung in Koronaentladungen mit Draht-Rohr-Geometrie erfolgen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen