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aktualisiert am 27. Februar 2024

ISBN 9783843937559

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978-3-8439-3755-9, Reihe Verfahrenstechnik

Monika Sellerberg
Zerfall gedehnter Flüssigkeitsfäden in viskosen Flüssig-Flüssig-Systemen

143 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2017), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Das Verhalten viskoser Flüssigkeitsfäden in viskosen Flüssig-Flüssig-Systemen und der einhergehenden Bildung von Tropfen wurde mit Glukose-Wasser-Gemischen und Silikonölen experimentell untersucht. Grundlagenexperimente zur Beobachtung der Strömung sowie der Grenzflächenbildung bei der Tropfen- und Fadenbildung an einer Kapillare in einem gleichströmenden System wurden in rechteckigen- und pyramidenförmigen Kanälen in großem Maßstab durchgeführt. Nach Angleichung der Geschwindigkeit der dispersen Phase nach dem Kapillaraustritt an das Umgebungsfluid sollte sich ein bestimmter Fadendurchmesser einstellen. Eine Gleichung zur Berechnung dieses Durchmessers wurde hergeleitet. Es zeigt sich, dass selbst eine kleine Dichtedifferenz den Übergang zwischen Abtropfen und laminarem Fadenzerfall in diesem Maßstab beeinflusst. Bei Untersuchungen in dem Rechteckkanal mit gleicher Dichte hingegen ist der Übergang nicht deutlich definiert. In der 3D-Senkenströmung in dem pyramidenförmigen Kanal wieder ist eine klare Abgrenzung zwischen Tropfen- und Fadenbildung zu beobachten. Es konnte eine Grenzkapillarzahl in Abhängigkeit der Dehnung identifiziert werden, ab der sich stabile Flüssigkeitsfäden ausbilden, welche nicht im Inneren des Kanals zu Tropfen zerfallen.

Zur automatischen Auswertung der Hochgeschwindigkeitskameraaufnahmen ist ein Computerprogramm zur Erkennung der wichtigsten Parameter, wie der Wellenlänge der Flüssigkeitsfäden, entwickelt worden um den menschlichen Einfluss zu minimieren.

Die Ergebnisse wurden auf einen Dispergator in Halbkugelform übertragen. Dieser besteht aus einer Vielzahl an Kapillaren für die disperse Phase und diese umgebende Öffnungen für das Umgebungsfluid. Es wird eine 3D-Senkenströmung erzeugt, welche die aus den Kapillaren strömenden Flüssigkeitsfäden zusammen mit dem Umgebungsfluid durch eine Blende in einen Freistrahl leitet. Die Tropfengrößenverteilungen der so erzeugten und stabilisierten Emulsionen werden mit Hilfe eines weiteren selbst-entwickelten Auswerteprogramms aus Mikroskopbildern bestimmt. CFD-Berechnungen unterstützen die gewonnenen Ergebnisse und zeigen Optimierungspotential auf.