Bewertung der Genauigkeit eines Gittersensors zur Visualisierung einer Zweiphasenströmung durch Vergleich mit optischen Hochgeschwindigkeitsaufnahmen

In der Energie- und der Verfahrenstechnik spielen Zweiphasenströmungen eine wichtige Rolle. Sie treten in Rohrleitungen und Apparaten auf, und beeinflussen dort chemische Reaktionen, sowie Wärme- und Stoffübergänge. Um die komplexen Vorgänge in den Zweiphasenströmungen modellieren zu können, bedarf es der Ergebnisse umfangreicher Experimente. Zur Ermittlung der charakterisierenden Parameter einer Zweiphasenströmung, wie die Phasenverteilung und die Strömungsgeschwindigkeiten, ist eine Messtechnik notwendig, die eine räumlich und zeitlich hochaufgelöste Visualisierung der Strömung ermöglicht. Für diese Aufgabe eignen sich bspw. konduktive Messverfahren.

Im Institut für Sicherheitsforschung des FZ Rossendorf wurde in den vergangenen Jahren ein Gittersensor zur Untersuchung von Zweiphasenströmungen entwickelt. Dieser basiert auf der Messung der momentanen lokalen elektrischen Leitfähigkeit des Zweiphasengemischs. Er ermöglicht eine hochaufgelöste Visualisierung der Strömung. Bei einer Reihe unterschiedlicher Experimente wurde die Anwendbarkeit des Gittersensors zur Ermittlung der Phasenverteilung in einer Zweiphasenströmung nachgewiesen.

In dieser Arbeit soll die Genauigkeit des Gittersensors bei der Ermittlung von Blasengrößen untersucht werden. Dafür wurde ein Plexiglaskanal angefertigt, in den die Elektroden des Sensors direkt eingebaut wurden. Da es nicht möglich war, für einen Vergleich in der Kanalströmung einzelne Blasen mit einem definierten Volumen zu erzeugen, wurde die Bewegung der Blasen in diesem Kanal mit einer Hochgeschwindigkeits-Videoeinrichtung erfasst. Mit beiden Verfahren wurden synchron Messungen bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten und mit verschiedenen Blasenvolumen durchgeführt. Mit Hilfe von Rechnerprogrammen wurden aus den Kamerabildern die Durchmesser der Blasen bestimmt und daraus die Volumen berechnet. Damit konnten die ermittelten Blasenvolumen des Gittersensors mit denen der Kameraaufnahmen verglichen werden. Dieser Vergleich ließ qualitative und teilweise quantitative Aussagen über die Genauigkeit des Gittersensors zu.