Gasgehaltsprofile in einer Blasenströmung bei erzwungener Konvektion

Es ist bekannt, daß die Magnus-Kraft in einer aufwärtsgerichteten Zweiphasenströmung bei erzwungener Flüssigkeitsströmung aufgrund des Geschwindigkeitsprofils der Flüssigkeit in Richtung der Kanalwand wirkt. In einem senkrechten Rohr müßten demnach Gasgehaltsprofile zu beobachten sein, die in der Nähe der Rohrwand ihr Maximum aufweisen. In der Realität sind solche Profile nur bei sehr kleinen Gasvolumenstromdichten existent. Meist liegen Profile vor, die ein Maximum des Gasanteils im Zentrum der Rohrleitung aufweisen. Es wird vermutet, daß in diesem Fall die Turbulenz den Einfluß der Magnus-Kraft überwiegt und für die Herausbildung des Maximums im Zentrum verantwortlich ist. Zur genaueren Untersuchung des Übergangs zwischen den beiden Strömungsformen wurden Messungen der radialen Verteilung des volumetrischen Gasanteils an einer drucklosen, mit Luft-Wasser-Gemisch betriebenen Testschleife durchgeführt. Die Anlage verfügt über einen senkrechten Testkanal (NW 50). Zur Messung des Gasgehaltes dienten nadelförmige Leitfähigkeitssonden. Insgesamt wurden 8 Sonden über den Radius des Rohrs verteilt und deren Signale synchron aufgezeichnet. Die Lufteinspeisung erfolgte gleichmäßig über dem Querschnitt der Rohrleitung. Die maximalen Volumenstromdichte des Wassers betrug 2.8 m/s, der eingeperlte Gasstrom wurde von 0 bis ca. 0.4 m/s variiert. Durch eine Einlauflänge von 40 Rohrdurchmessern traten am Sondenkamm trotz der gleichmäßigen Einperlung ausgeprägte Gasgehaltsprofile auf. Dabei wurden für entsprechend kleine Luftdurchsätze Verteilungen erhalten, die ein stark ausgeprägtes Maximum am Rand der Rohrleitung aufweisen. Bei Vergrößerung des Luftstromes findet in einem bestimmten Durchsatzbereich ein kontinuierlicher Rückgang des Randmaximums statt. Gleichzeitig tritt das für die turbulente Verteilung typische Maximum im Zentrum auf und es stellt sich ein parabelförmiges Profil ein. Z.B. für eine Volumenstromdichte des Wassers von 0.7 m/s findet dieser Übergang bei einer Volumenstromdichte von ca. 0.2 m/s statt. Der Bereich der stabilen, durch die Magnus-Kraft gesteuerten Gasgehaltsverteilung wurde aufgezeichnet. Der Übergang zur parabelförmigen Verteilung des Gasgehalts verschiebt sich bei wachsender Wassergeschwindigkeit hin zu höheren Werten des Luftvolumenstroms.