Kontakt

Dr. Markus Schubert

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

Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Uwe Hampel

Leiter
Experimentelle Thermo­fluiddynamik
u.hampel@hzdr.de
Tel.: +49 351 260 2772

Monolith-Reaktoren

Zweiphasenströmungen in engen kleinskaligen Kanälen mit hydraulischen Durchmessern im unteren Millimeterbereich spielen in Mikroreaktoren und strukturierten Reaktoren, kompakten Wärmetauschern, Mikrokondensationsanlagen oder Brennstoffzellen aufgrund der geringen Wärme- und Stofftransportwiderstände der Fluidschichten eine wichtige Rolle.

Dabei ist insbesondere die Taylorblasenströmung ein favorisiertes Strömungsregime, das sich durch einen intensiven Gas-Flüssigkeits-Kontakt im Film um die Taylorblasen und durch eine gute Durchmischung im Flüssigkeitspfropfen hinter der Taylorblase auszeichnet.

Die Kenntnis der Strömungstopologie sowie die präzise Vermessung der Flüssigkeitsfilmdicke und der Blasenform auf mikroskopischen Längenskalen ist ein entscheidender Faktor für die Entwicklung und Bewertung von grenzflächenauflösenden Strömungssimulationswerkzeugen.

Darauf aufbauend werden Transportmodelle entwickelt und Konzepte zur Prozessintensivierung vorgeschlagen. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten umfasst die Übertragung auf großskalige Anwendungen und die damit verbundene Beantwortung technischer Fragestellungen, wie beispielsweise die Realisierung gleichmäßiger Phasenverteilungen bei Mehrkanalkonfigurationen, um ein besseres Gesamtprozessverständnis zu erlangen.

Die gegenwärtigen Forschungsaktivitäten umfassen insbesondere:

Foto: Benchmark Taylorblase in Minikanälen - Referenzbild ©Copyright: Dr. Markus Schubert

Taylor-Blasen in Minikanälen

Flüssig­keitsströmungen mit Taylorblasen sind durch einen intensivierten Gas-Flüssig­keits-Kontakt im Film um die Taylorblase und durch eine gute Durchmi­schung im nachfolgenden Flüssig­keitspfropfen charakterisiert. Um die dreidimensionale Gestalt der Taylorblasen in engen Kanälen zu bestimmen, wurden röntgenradiographische und röntgen­tomo­graphische Mess­verfahren weiterentwickelt. Die damit generierten Validie­rungs­daten stehen als Benchmark für numerische Strömungs­simulations­verfahren zur Verfü­gung.
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Foto: Zweiphasenströmung in keramischen Monolithen - Referenzbild ©Copyright: Dr. Markus Schubert

Zweiphasenströmung in keramischen Monolithen

Zur Prozessintensivie­rung heterogen-katalysier­ter Reaktions­prozesse stellen monolithischen Waben­struk­turen mit Taylorströmung eine viel­versprechende Möglich­keit dar. Dabei ist eine homogene und gut definierte Phasen­vertei­lung im Strömungs­querschnitt und in den Einzelkanälen erforderlich. Vorgestellt wird eine Methode zur Untersuchung der Fehl­vertei­lungs­empfindlich­keit von Monolith­struk­turen ­mittels ultraschneller Röntgen­tomo­graphie und Pseudo-2D-Reaktormodell.
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