Kontakt

Dr. Markus Schubert

m.schubertAthzdr.de
Tel.: +49 351 260 2627

Grundlegende fluiddynamische Untersuchungen

Das komplexe Strömungs- und Mischverhalten in Blasensäulen wird meist mithilfe von Gasgehalt, Blasengröße und Zirkulationsgeschwindigkeit beschrieben. Die Blasengrößenverteilung und deren zeitliche und örtliche Entwicklung sind entscheidende Kenngrößen bei der Bestimmung von Wärme- und Stofftransportkoeffizienten. Andere wichtige hydrodynamische Daten sind die lokale Flüssigkeitsgeschwindigkeit und der Grad der Turbulenz. Beispielsweise werden Änderungen der Blasengrößenverteilung aufgrund von Zerfalls- und Koaleszenzereignissen maßgeblich durch die Flüssigphasenturbulenz bestimmt.

Zur experimentellen Analyse dieser charakteristischen Parameter in Blasensäulen wurden daher neuste nichtinvasive Bildgebungsverfahren, die ultraschnelle Röntgentomographie (@ HZDR) und das radioaktive Partikel-Tracking (@ IIT Delhi), eingesetzt, die zueinander komplementäre zeitaufgelöste Messdaten bereitstellen.

Bildgebungstechnik zur hydrodynamischen Charakterisierung von Blasensäulen
Abbildung 1: Bildgebungstechnik zur hydrodynamischen Charakterisierung von Blasensäulen: Ultraschnelle Röntgentomographie am HZDR (links) und radioaktives Partikel-Tracking am IIT Delhi, Indien (rechts).

Damit wurde eine einzigartige experimentelle Datenbasis für die Gas- und Flüssigphasendynamik erzeugt, die Gasgehalt, Blasengrößen, Flüssigphasengeschwindigkeit und turbulente kinetische Energie enthält.

Benchmark mit komplementären Daten zur Beschreibung der Gasphasendynamik (Blasen) und Flüssigphasendynamik (Trajektorien)
Abbildung 2: Benchmark mit komplementären Daten zur Beschreibung der Gasphasendynamik (Blasen) und Flüssigphasendynamik (Trajektorien) in einer 100 mm Blasensäule.

Mithilfe dieser Daten konnte die Hydrodynamik von Blasensäulen umfangreich charakterisiert werden, wobei die Ausbildung von Blasenclustern mittels Voronoï-Analyse (unter Berücksichtigung der Blasenposition innerhalb eines hybriden eulerschen Bezugssystems) und Strömungsregimeübergänge anhand der Rekonstruktionsentropie analysiert wurden. Die Experimentaldaten und extrahierten Schlüsselparameter stellen eine einzigartige Datenbasis dar, die zur Validierung von numerischen Modellen für Blasensäulen eingesetzt werden können.

Kooperation

IIT Delhi, India

Förderung

European Research Council (ERC Starting Grant, Grant Agreement No. 307360)

Referenzen

  • S. Azizi, A. Yadav, Y.M. Lau, U. Hampel, S. Roy, M. Schubert
    On the experimental investigation of gas-liquid flow in bubble columns using ultrafast X-ray tomography and radioactive particle tracking
    Chemical Engineering Science 170, 12, 320-331 (2016)
  • S. Nedeltchev, U. Hampel, M. Schubert
    Extraction of information and reconstruction entropies from ultrafast X-ray tomography data in a bubble column
    Chemical Engineering Science 170, 12, 225-233 (2016)
  • Y.M. Lau, K. Müller, S. Azizi, M. Schubert
    Voronoï analysis of bubbly flows via ultrafast X-ray tomographic imaging
    Experiments in Fluids 57, 3, 35, 1-12 (2016)
  • F. Möller, T. Seiler, Y.M. Lau, M. Weber, M. Weber, U. Hampel, M. Schubert
    Performance comparison between different sparger plate orifice patterns: Hydrodynamic investigation using ultrafast X-ray tomography
    Chemical Engineering Journal 316, 857-871 (2017)
  • Y.M. Lau, M. Schubert
    Bubble size and velocity measurements in bubble columns using ultrafast X-ray tomography
    AIChE Annual Meeting, Atlanta, United States, 16-21 November 2014, pp. 50-52 (2014)