Experiment: Laterale Liftkraft von Einzelblasen
Die scher-induzierte Liftkraft, die sich stark auf die räumliche Verteilung der Blasen auswirkt, ist eine der wichtigsten Nicht-Widerstandskräfte. Die Messung der Liftkraft von ellipsoidischen Blasen in einem Scherfeld ist jedoch eine sehr schwierige Aufgabe. Kürzlich hat unsere Gruppe einen speziellen Versuchsaufbau entwickelt, der die Erzeugung eines stabilen linearen Scherfeldes in Luft-Wasser-Systemen ermöglicht. Zusammen mit einem Mittelungsverfahren, das geeignet ist, unregelmäßige Bewegungen von Blasen mit hoher Reynoldszahl zu berücksichtigen, konnten wir den Liftkoeffizienten von ellipsoiden Blasen experimentell bestimmen. Darüber hinaus konnten wir zeigen, wie Tenside und selbst winzige Mengen von Verunreinigungen im Leitungswasser die Stärke der Liftkraft verändern können.
Laufende Arbeiten: Liftkraft in Wandnähe
Hinsichtlich des hydrodynamischen Aufstiegsverhalten von Gasblasen ist bekannt, dass es in Wandnähe zu zusätzlich wirkenden Kräften bzw. einer Modifikation von wirkenden Kräften wie der Widerstandskraft oder auch der Liftkraft kommen kann. Bisherige Untersuchungen fokussierten sich auf sphärische Blasen oder auf hoch-viskose Systeme. In unseren aktuell laufenden Arbeiten wollen wir derartige Phänomene wie schon bei den vorangegangenen Experimenten zur Liftkraft für ellipsoide/deformierbare Blasen in niedrig viskosen Systemen untersuchen. Insbesondere sollen hierbei Modifikationen der scher-induzierten Liftkraft durch Wandeffekte untersucht werden.
Laufende Arbeiten: Liftkraft in Blasenschwärmen
Ein besonderer Fokus unserer Arbeiten liegt in der Untersuchung von Schwarmeffekten, welche durch die Interaktion von Blasen und deren umgebendes Strömungsfeld mit anderen Blasen in der Nähe hervorgerufen werden. Durch die Umsetzung und Anwendung von KI-basierten Auswertemethoden können experimentelle Aufnahmen mit einer erhöhten Anzahl an Blasen automatisch ausgewertet werden. Diese Methoden werden wir nutzen, um die zuvor genannten Phänomene mit Blasenschwärmen zu untersuchen, da Blasenschwärme im Gegensatz zu Einzelblasen in den meisten praktischen Fällen aufzufinden sind.
Publikationen
- T. Ziegenhein, a. Tomiyama, D. Lucas
A new measuring concept to determine the lift force for distorted bubbles in low Morton number system: Results for air/water. Int. J. Multiphase Flow 108 (2018) 11-24 - H. Hessenkemper, T. Ziegenhein, R. Rzehak, D. Lucas, A. Tomiyama
Lift force coefficient of ellipsoidal single bubbles in water. Int. J. Multiphase Flow 138 (2021) 103587 - H. Hessenkemper, T. Ziegenhein, D. Lucas
Contamination effects on the lift force of ellipsoidal air bubbles rising in saline water solutions. Chem. Eng. J. 386 (2020) 121589 - H. Hessenkemper, T. Ziegenhein, D. Lucas, A. Tomiyama
Influence of surfactant contaminations on the lift force of ellipsoidal bubbles in water. Int. J. Multiphase Flow 145 (2021) 103833 - P. Shi, R. Rzehak, D. Lucas, J. Magnaudet
Hydrodynamic forces on a clean spherical bubble translating in a wall-bounded linear shear flow. Phys. Rev. Fluids 5 (2020) 073601