Messung von Blasengrössenverteilungen mit Gittersensoren

Auf dem Workshop Zweiphasenmeßtechnik 1997 wurde ein im Forschungszentrum Rossendorf entwickelter Gittersensor vorgestellt, der die Ermittlung von momentanen Gasgehaltsverteilungen in einem Rohrleitungsquerschnitt mit einer örtlichen Auflösung von ca. 3 mm bei einer Meßfolge von 1024 Hz erlaubt. Bei moderaten Strömungsgeschwindigkeiten (bis zu einigen m/s) werden dadurch die einzelnen Gasblasen in mehreren, zeitlich aufeinanderfolgenden Verteilungen abgebildet. Die Meßdaten können demzufolge für die Ermittlung von Blasengrößenverteilungen genutzt werden. Sie werden hierzu als dreidimensionale Gasgehaltsverteilung interpretiert, wobei eine virtuelle vertikale Achse aus der mittleren Strömungsge-schwindigkeit der Gasphase und der Meßfrequenz des Gittersensors näherungsweise definiert wird. An den Gitterpunkten dieser dreidimensionalen Verteilung liegt Gas, Flüssigkeit oder ein Gasgehalt zwischen 0 und 100 % vor. Letzterer ist als teilweise Belegung des Meßvolumens mit der Gasphase zu betrachten. Eine Blase ist ein zusammenhängendes, von der Gasphase eingenommenes Raumgebiet. Das Blasenvolumen kann daher näherungsweise ermittelt werden, indem die lokalen Gasanteile summiert werden, die an den zur Blase gehörenden Gitterpunkten vorliegen. Hierzu wurde ein spezieller rekursiver Algorithmus entwickelt, der analog zu den aus der Bildverarbeitung bekannten Füllalgorithmen, alle Gitterpunkte abarbeitet, die zu einem zusammenhängenden Gebiet gehören. Als Begrenzung der Gasgebiete muß ein unterer Schwellwert für den Gasgehalt eingeführt werden. Im Beitrag werden Ergebnisse vorgestellt, die in einer vertikalen, mit einem Wasser-Luft-Gemisch durchströmten Rohrleitung erhalten wurden. Die Leerrohrgeschwindigkeiten wurden in einem weiten Bereich variiert, so daß der Übergang von der Blasenströmung über die Pfropfenströmung bis zur Ringströmung erfaßt wurde. Die Ergebnisse zeigen den Übergang von der durch die Gaseinperlung erzeugten monomodalen Blasengrößenverteilung zur bimodalen, für eine Pfropfenströmung typischen Verteilung entlang des Strömungswegs. Dabei treten sowohl Koaleszenz- als auch Fragmentationsereignisse auf. Weiterhin werden gemessene Gasgehaltsprofile vorgestellt.