ISBN 9783843900430

978-3-8439-0043-0, Reihe Verfahrenstechnik

Thomas Rakel
Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Quenchen heißer Gase durch Überschallexpansion mit nachfolgender Wasserverdampfung

165 Seiten, Dissertation Karlsruher Institut für Technologie (2011), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung sowie die grundlegende experimentelle und numerische Untersuchung eines Verfahrens zum instantanen homogenen Abbruch von temperaturabhängigen physikalischen Prozessen oder chemischen Reaktionen. Das entwickelte Überschallquenchverfahren verknüpft die hohen gasdynamischen Abkühlraten einer Überschallexpansion mit der Verdampfung von eingedüstem Wasser. Die Umwandlung der Enthalpie des Gases in kinetische Energie lässt die statische Temperatur mit einer Rate von mehr als einer Millionen K/s sinken. Die von der Expansion unabhängige konstante Ruhetemperatur des Gases muss im Anschluss über die Verdampfung von Wasser innerhalb des Überschallbereichs auf ein unkritisches Niveau reduziert werden. Entscheidend für die Güte der erzielten Abkühlung ist die Länge des zweiphasigen Überschallbereichs. Mit ansteigender Länge verbessert sich die Verteilung des eingespeisten Wassers und erhöht sich die Menge an verdampftem Wasser innerhalb des Überschallbereichs. Dadurch wird der Anstieg der statischen Temperatur beim erneuten Übergang in den Unterschall begrenzt.

Hauptmerkmale des neuartigen Verfahrens sind die einheitliche Erfassung der gesamten Strömung sowie die hohe effektive Abkühlrate. Innerhalb kürzester Zeit wird die Temperatur des heißen Gases dauerhaft abgesenkt. Auf diese Weise wurde der Wachstumsprozess von anorganischen Nanopartikeln erfolgreich abgebrochen und die Entstehung von aggregierten Nanopartikeln verhindert.