Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Transportprozesse bei oszillierenden Tropfen und welligen Filmen –

Entwicklung einer adaptiven Messmethode und kennzahlbasierte Beschreibung

In verschiedensten technischen Prozessen insbesondere der Verfahrens-, Automobil-, Energie- und Gebäudetechnik treten auf Oberflächen Flüssigkeitstropfen oder -filme auf, die in Bewegung geraten, wenn sie von einer Gasströmung überströmt werden. Die Strömung innerhalb der Flüssigkeit mit zeitlich veränderlichen Oberflächen beeinflusst den Stoffaustausch an der Phasengrenzfläche, die Haftung der flüssigen Phase auf der Oberfläche und die Abreinigung von Partikeln. Die strömungsmechanischen Mechanismen dahinter sind bisher nicht vollständig verstanden und beschrieben. Eine genaue Kenntnis der Zusammenhänge bietet ein Potential für eine Optimierung solcher Prozesse. Das Ziel des Vorhabens besteht daher in der Entwicklung einer kennzahlbasierten Beschreibung des Verhaltens von Flüssigkeitsfilmen und Tropfen auf Oberflächen bei Überströmung mit einem Gasstrom. Dazu sollen ein dreidimensionales, kamerabasiertes Strömungsmessverfahren mit einer neuartigen adaptiv-optischen Echtzeit-Aberrationskorrektur realisiert und damit erstmals verlässliche Messungen in überströmten Tropfen durch die zeitlich fluktuierende Phasengrenzfläche durchgeführt werden. Parallel dazu sollen Strömungssimulationen von Filmen und Tropfenbewegungen auf Basis der VOF-Methode unter Berücksichtigung der Kontaktwinkelhysterese erfolgen. Auf Basis der erhaltenen Daten werden neue Erkenntnisse zu dem Verhalten von instabilen Tropfen und Filmen erwartet, so dass ingenieursmäßige Abschätzungen erfolgen können. Der Nutzen für KMU liegt sowohl in der Bereitstellung eines neuen messtechnischen Ansatzes als auch in der Anwendung einer verbesserten Simulationsmethode. Die kennzahlbasierte Beschreibung des Verhaltens von Filmen und Tropfen liefert für KMU neue Abschätzungs- und Auslegungsmethoden z.B. bei Verschmutzung und Abreinigung (z.B. Tropfen auf Scheiben, Kondensat an Maschinenteilen, Wasseransammlung in Brennstoffzellen) sowie Entrainment- und Stoffaustausch-Vorgängen (z.B. Riesel-/ Kondensatfilme).