VOF-Simulation des freien Aufstiegs von Öltropfen in Wasser

Die Resultate von VoF-Simulationen zum freien Aufstieg von Öltropfen in Wasser werden mit experimentellen Beobachtungen verglichen. Kleine Öltropfen steigen geradlinig mit einem stationären Nachlauf auf. Große Tropfen steigen in den Simulationen zunächst geradlinig auf mit einem stabilem Nachlauf, dessen Länge mit der Zeit anwächst. Der Tropfen beschleunigt, bis der Nachlauf instabil wird. Mit dem Einsetzen periodischer Wirbelablösung sinkt die Aufstiegsgeschwindigkeit ab auf die Endgeschwindigkeit. Die periodische Wirbelablösung im Nachlauf großer Tropfen geht einher mit einer Formoszillation und einer zickzackförmigen Trajektorie. Es werden Aufstiegsgeschwindigkeit, Tropfenform und Bewegungsverhalten in Abhängigkeit von der Tropfengröße ermittelt und mit experimentellen Resultaten verglichen. Der Dragkoeffizient für zickzackförmig aufsteigende Tropfen ist deutlich höher als für geradlinig aufsteigende Tropfen.