Röntgentomographische Studien zu Zweiphasenströmungen in einem vertikalen Rohr

Gas-Flüssigkeits-Zweiphasenströmungen in Rohrleitungen sind für die Entwicklung und Validierung zweiphasiger CFD-Codes ein geeigneter generischer Untersuchungsgegenstand. Der Grad an strömungsmorphologischer Komplexität ist relativ hoch, was sich insbesondere in der Ausprägung charakteristischer Strömungsregime mit ihren jeweils spezifischen Impulstransferbeziehungen an der Phasengrenze in Abhängigkeit von Leerrohrgeschwindigkeiten und Stoffwerten äußert. An der TOPFLOW-Versuchsanlage des HZDR werden gegenwärtig umfangreiche experimentelle Studien zu Zweiphasenströmungen in senkrechten Testsektionen für Wasser/Luft- und Wasser/Dampf-Strömungen bis 65 bar Druck durchgeführt. Diese Experimente dienen vordergründig der Erhebung von Messdaten für die CFD-Codeentwicklung. Bei aktuellen Studien an einer DN50 Testsektion kommt die ultraschnelle Röntgentomographie als Messverfahren zum Einsatz. Diese ermöglicht es, den Strömungsquerschnitt mit Bildraten von 2500 Bildern/Sekunde und einer räumlichen Auflösung von etwa 1 mm in zwei jeweils 10 mm entfernten Abbildungsebenen zu visualisieren. Verschiedene Strömungsregime werden durch Wahl der Leerohrgeschwindigkeiten für die Gas- und die Flüssigphase am Versuchsstand eingestellt. Neben der Aufklärung des Strömungsregimes und der Erfassung interessanter Detailstrukturen der Strömung, wie Flüssigkeitslamellen zwischen Gasblasen, Wandfilmstrukturen und Kleinblasenverteilungen im Großblasennachlauf, können radiale Gasgehaltsprofile ebenso wie Gasphasengeschwindigkeiten durch automatisierte Auswerteroutinen extrahiert werden. Fernerhin wird derzeit an Auswertealgorithmen zur Vermessung von Einzelblasen, zur Bestimmung der Phasengrenzflächendichte sowie zur Ermittlung lokaler Flüssigphasengeschwindigkeiten gearbeitet. Im Beitrag werden Ergebnisse ausgewählter Studien zu aufwärtsgerichteten Gleichströmungen sowie Gegenströmungen der Gas- und Flüssigphase vorgestellt.