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Dr. Markus Schubert
Experimental Thermal Fluid Dynamics
m.schubertAthzdr.de
Phone: +49 351 260 - 2627
Fax: +49 351 260 - 2383

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.



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



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 (2016)
    On the experimental investigation of gas-liquid flow in bubble columns using ultrafast X-ray tomography and radioactive particle tracking.
    Chemical Engineering Science, DOI: 10.1016/j.ces.2017.02.015.
  • S. Nedeltchev, U. Hampel, M. Schubert (2016).
    Extraction of information and reconstruction entropies from ultrafast X-ray tomography data in a bubble column.
    Chemical Engineering Science, DOI: 10.1016/j.ces.2017.03.020.
  • Y.M. Lau, K. Müller, S. Azizi, M. Schubert (2016).
    Voronoï analysis of bubbly flows via ultrafast X-ray tomographic imaging.
    Experiments in Fluids 57, 3, 35, 1-12.
  • F. Möller, T. Seiler, Y.M. Lau, M. Weber, M. Weber, U. Hampel, M. Schubert (2017).
    Performance comparison between different sparger plate orifice patterns: Hydrodynamic investigation using ultrafast X-ray tomography.
    Chemical Engineering Journal 316, 857-871.
  • Y.M. Lau, M. Schubert (2014).
    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.

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