Gestaltung Laminar Betriebener Rotationszerstäuber Unter Berücksichtigung Der Abströmgeometrie

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Chemie lngenieur Technik (70) 4 I 9 8 S. 400-405 0 WILEY-VCH Verlag GrnbH. D-69469 Weinheirn, 1998 0009-286W980404-0400 $17.50+.50/0 & [w m-3] esusp F g m-3] CS ["/.I ["CI ["CI ["CI [KI 9, 9, A9 Energieeintrag Suspensionsdichte Startiibersattigung Endtemperatur Starttemperatur Sattigungstemperatur Unterkiihlung Abbildung 1. Erste Bauforrn eines Viellochzylinders (LAMROT-Zerstauber) fur einen Flussigkeitsdurchsatzvon 1 rn3/h. Die Bohrungen rnit einern Durchrnesser von D,= 3 rnrn sind gegen die radiale Richtung um 30" in der Rotationsebene geneigt. Die Lochzahl betragt N = 1080. Durch den Einsatz der Rohrchen wird die erforderliche Lange von UD, = 10 bei auBerdern hinreichender Uberstandslange erzielt. Der Abstromradius der Rohrchen betragt R = 92 rnrn. Literatur [I] CLONTZ, A.D.; MCCABE. W.L. Chem. Eng. Progr. Symp. Ser. No. 110,67 (1971) S. 6/17. [2] BENNETT, R.C.; FIEDELMANN, H.; RANDOLPH, A.D. Chem. Eng. Progr. 69 (1973)S.86/93. [3] GARSIDE, J. [4] TAVARE. N.S. Chem. Eng. 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Abb. 1. In den Bohrungen stromt die Fliissigkeit als laminares Gerinne. Am Bohrungsaustritt bilden sich Freistrahlen, die nach dem Rayleigh-Prinzip zerfallen und nahezu monodisperse Tropfen bilden. ...,.........................,..................................,.......................................,..... * Vortrage auf den GVC-Fachausschuflsitzungen .Mehrphasenstromungen", 17./18. Febr. 1994 und 25./28. Febr. 1997 in Wurzburg. Dr.-Ing. T. S C H R O D E R . S I L E S I A G E R H A R D H A N K E GmbH & Co. KG, Am Alten Bach 20-24, D-41470 Neuss; Prof. Dr. techn. P. W A L Z E L , Lehrstuhl fur Mechanische Verfahrenstechnik und Apparatetechnik, Universitat Essen, D-45117 Essen. 1) Pat. No. W094/21383, Kooperation mit NIRO GmbH, Kopenhagen. 2) Eine Zusammenstellung der Formelzeichen befindet sich am Schlufl des Beitrags. ** Es werden die wesentlichen Merkmale der Zerstauberkonstruktion vorgestellt. Neben der Berechnung b m . Bestimmung einer geeigneten Kanal- bzw. Bohrungsgeometrie werden Methoden zur gleichmadigen Aufteilung des Fliissigkeitsstroms auf die Stromungskanale beschrieben. Besonderes Augenmerk mud auf die Abstromkanten am Bohrungsaustritt gelegt werden. Wegen ungiinstiger Stromungsverhdtnisse wurden erste Prototypen nachtraglich mit Rohrchen versehen, die in die Stromungskanale eingesetzt waren und aus dem Zerstauberkorper herausragten. Die aufwendige Konstruktion legte weitere Entwicklungen nahe. 1 Problemstellung Die Entwicklung erster Prototypen erfolgte im wesentlichen mit Hilfe von Modellen im Schwerefeld, die durch theoretische ijberlegungen zur Filmstromung auf ebenen Platten gestiitzt werden. Durch ijbertragung der Ergebnisse mit Hilfe der lihnlichkeitstheorie auf das Zentrifugalfeld konnen wichtige Datenwie die erforderliche Anzahl der Bohrungen, deren Neigung, deren Durchmesser und Lange bestimmt werden. Daraus ergeben sich die Hauptabmessungen eines LAMROTZerstaubers. Weitere Konstruktionshinweise sollten aus einer Untersuchung der Abstromgeometrie und der Fliissigkeitsaufteilung auf die Bohrungen am rotierenden Zerstauber gewonnen werden. ZielgroRen sind die geometrischen Abmessungen des Zerstaubers und die Kreisfrequenz w fiir eine gewiinschte mifflere TropfengroBe dSa3bei vorgegebenen Stoffwerten der Fliissigkeit, wie Oberflachenspannung (T, Viskositat r] und Dichte p, sowie fiir einen vorgegebenen Durchsatz bm. Volumenstrom V 2 ) . 2 Anzahl der Bohrungen Die Breite der Tropfengrodenverteilung wird im wesentlichen durch die Stromungsbedingungen am Zerstauber bestimmt. Es ist bekannt, dad der Rayleigh-Zerfall laminarer Chernie lngenieur Technik (70) 4 I 9 8 Strahlen zu einem engen Spektrum fiihrt. GroRe Durchsatze erfordern daher das Aufteilen der Stromung auf eine Vielzahl von Bohrungen, damit die Laminaritat der Stromung gewahrleistet bleibt. Die Aufteilung der Flussigkeit soll moglichst gleichmaRig sein, nur dann konnen gleiche Stromungszustande und Strahldurchmesser am Austritt der Bohrungen envartet werden. Unter der Annahme dunner Schichten 6 << DB kann die Gerinnestromung in den Bohrungen mit dem Durchmesser D, mit den Beziehungen fiir die Filmstromung auf geneigten Platten beschrieben werden. Dazu wird die Filmdicke 6 durch die hydraulische Schichtdicke 6, des Gerinnes ersetzt. Die Stromung ist demgemaR laminar, wenn die Reynolds-Zahl der Gerinnestromung Re, = W p 6h/q einen bestimmten Grenzwert nicht iiberschreitet [ 2 ] . Resh < 400 (1) Die Reynolds-Zahl wird mit der hydraulischen Schichtdicke gebildet, fur die mit guter Naherung gilt 6, = ( 2 / 3 ) 6 (2) Die Reynolds-Zahl fiir Gerinnestromungen in Rohren mit rundem Querschnitt ist Resh= a, cos c1 p2$/(3q2) (3) Die Zentrifugalbeschleunigung a, = R o2 wird dabei am Abstromradius des Zerstaubers gebildet. Fur einen vorgegebenen Durchsatz VB der durch jede der Bohrungen stromt, erhalt man in guter Annaherung (4) Durch Kombination von G1. ( 3 ) und G1. ( 1 ) sowie mit der Ohnesorge-Zahl On = q/(DBp o)'/' und der BondZahl Bo = Di p a,/o wird der Durchsatz pro Bohrung in dimensionsloser Schreibweise mit o* = VB(a2p 5 / a 5 ) 1 / 4 V g < 3200 BO~/'~/(COS u)'/~ (5) G1. ( 5 ) beschreibt den Laminaritatsbereich. Man mu8 allerdings davon ausgehen, daR schon vor Erreichen des turbulenten Zustandes Wellenbildung im Gerinne auftritt [ 2 ] . Deshalb soll der Durchsatz pro Bohrung moglichst niedrig sein. Zur Strahlausbildung an der Abstromkante ist andererseits ein bestimmter Mindestdurchsatz erforderlich [ l ] . Fur moderate Viskositaten stellt sich der ijbergang vom Abtropfen zum Zertropfen angenahert bei vg 2 1 (6) ein. Ein gunstiger Betriebsbereich am laminar betriebenen Rotationszerstauber liegt f i r den Durchsatz pro Bohrung bei 4 < % < 2 0 . Im Fall viskoser Flussigkeiten, d. h. fiir q* = q ( ~ , / a ~ p2)O~, l ,/ sind ~ auch hohere Durchsatze moglich. Die Laminaritatsbedingungen und der vorgegebene Gesamtvolumenstrom V fiihren schlieRlichzur Anzahl der Bohrungen am LAMROT-Zerstauber. N = V/VB (7) Die TropfengroRe im hier definierten Durchsatzbereich liegt nach [3] im Interval1 2,O < d* < 2,5, wobei die dimensionslose Tropfengroge nach [4] mit d* = d50,3( p a,/a)'iz definiert ist. 3 Neigung der Bohrungen Versuche im Schwerefeld mit langen Rohren LID, > 30, bei denen die Zentrifugalbeschleunigung durch die Erdbeschleunigung ersetzt wird, zeigten, daR an niedrigviskosen Flussigkeiten eine Mindestneigung zur Vertikalen mit E > 15" erforderlich ist, damit die Stromung vom ringfonnigen Querschnitt zum sektorformigen Querschnitt ubergeht [ 5 ] .Im Fall1 der ringformigen Stromung, die an angenahert senkrechten Rohren beobachtet werden kann, treten am Rohrende heterogene Stromungszustande mit gleichzeitigem Abtropfen und Fadenbildung auf. Die entstehenden Tropfen haben deshalb eine breite GroRenverteilung. Bei ausreichender Neigung hingegen erhalt man die gewiinschte Gerinnestromung rnit sektorformigem Querschnitt auch mit hoherviskosen Fliissigkeiten. Sie fiihrt zu einem einzigen Flussigkeitsstrahl. Heterogene Stromungszustande konnten auch an Rotationszerstaubern mit radialen Bohrungen festgestellt werden. Offensichtlich reicht der Betrag der Coriolisbeschleunigung a, =I 2 W o I infolge der geringen mittleren StromungsgeschwindigkeitW in den Bohrungen allein nicht aus, die Flussigkeit zu einem sektorformigen Gerinne zu sammeln und sie auf einer Bohrungsseite zu positionieren, s. Abb. 2 a. Aus diesem Grund werden die Bohrungen zur radialen Richtung geneigt, s. Abb. 2 b. In diesem Fall wirkt Abbildung 2. Wirkung der Zentrifugal- und Coriolisbeschleunigung auf die Stromungsform bei Gerinnestromungen in rohrformigen Kanalen im Rotationsfeld. a - radiale Bohrungen; b - zur radialen Richtung geneigte Bohrungen. lnfolge der Bohrungsneigung wirkt eine Komponente der Zentrifugalbeschleunigung normal zur Bohrungsachse und positioniert dadurch das Gerinne auf einer Seite der Bohrung. Chemie lngenieur Technik (70) 4 I 9 8 Abbildung 3. Vergleich des Einheitlichkeitsparametersder RRSB-Verteilung fur Tropfen an Zerstaubern mit radialen und geneigten Bohrungen bei sonst gleichen Betriebsparametern. 6 , geneigte Bohrungen 4 - I 6 Flussigkeitsaufteilung im Zerstauber radiale Bohrungen LL / z" Stofherte: p = 1150 kg/mS cT = 70.10-3NI,, q = 100 mPas Bohrungszahl: 1080 R = 92 mm DB= 3 mm 4 Im untersuchten Bereich 70 < Bo < 600 und 0.04 < 6,/D, < 0.14 sowie V; I 2 0 ist eine bezogene Mindestlange von LID, 2 10 erforderlich. Man kann davon ausgehen, dag grogere Neigungswinkel der Bohrungen kurzere Einlauflangen erfordern. A o= 0,80m3/h 0 auch eine Komponente der Zentrifugalbeschleunigung normal auf die Bohrungswand. Solange der Neigungswinkel ausreicht, ist die Richtung der Neigung zunachst unerheblich. Fur Flussigkeiten mit einer Viskositat von q = 100 m Pa s wurde im Schwerefeld eine Mindestneigung von LY = 30" errnittelt. Der Effekt dieser Orientierung wurde durch TropfengroRenmessungen an zwei verschiedenen LAMROT-Zerstaubern mit verschiedenen Drehzahlen und Durchsatzen bei radialen und geneigten Bohrungen bestatigt. Abb. 3 zeigt das Ergebnis der Messungen. Der Gleichmagigkeitsparameter NRRsB der RRSB-Verteilung ist ca. um den Faktor 2 groRer bei geneigten Bohrungen als bei radial angeordneten Bohrungen. Die Neigung der Bohrungen erfolgte zunachst durch Drehen in der Rotationsebene, vergleiche dazu auch Abb. 1und Abb. 2. 4 Durchmesser der Bohrungen Bei den hier betrachteten Bohrungsdurchmessern D, 2 2 mm und Bond-Zahlen Bo > 28 ist die Schichtdicke 6 der Gerinnestromung Mein gegen den Bohrungsdurchmesser. Der Grenzwert fir Gerinnestromung ist an radialen Bohrungen durch die Auslaufgrenze Bo = 28 gegeben [6]. Mit D, 2 2 mm sind die Bohrungen in der Praxis grog genug, um Verstopfungen zu vermeiden. Durch die nur zum Teil mit Flussigkeit gefullten Bohrungen kann zur Konditionierung des Produktes im Bedarfsfall auch ein Gas geleitet werden. Im Fall nach unten geneigter Bohrungen ist damit augerdem ein axiales Ablenken der Tropfen moglich, wodurch der Einsatz des Verfahrens auch in schlanken Spriihtiirmen erleichtert wird. Gleiche Stromungszustande in allen Bohrungen sind nur dann zu envarten, wenn die Flussigkeit gleichmadig in axialer Richtung und in Umfangsrichtung aufgeteilt wird. Das kann mit verschiedenen konstruktiven MaRnahmen, z. B. mit im Zerstauber befestigten mitrotierenden Einbauten wie Lochplatten oder Fullkorperschuttungen und mit Dusensystemen, erreicht werden. Die Kombination von Flachstrahldusen mit konzentrischen Lochzylindern, die bei niedrigen Driicken Ap < 1bar betrieben werden, erlauben eine praktisch homogene Verteilung. Es werden dazu z. B. vier Flachstrahldusen mit 90"-Teilungauf einem stillstehenden Dusenstock in der Hohlwelle des Zerstaubers so montiert, daR die gebildeten Lamellenfacher angenahert senkrecht stehen, s. Abb. 4. Eine geringfugige Neigung der Austrittsellipsen oder Dusenmundungen erlaubt dabei eine Anpassung von Spriihwinkelund Zerstauberhohe. Die Lochzylinder weisen Bohrungen auf, deren Durchmesser groJ3er oder mindestens gleich dem Durchmesser der Bohrungen im Zerstauber gewahlt werden. Die Lochzylinder sind in Rillen in der Kopf- und Bodenplatte des Zerstaubers befestigt. Die konzentrischen Zylinder bewirken eine Dispersion der Flussigkeit in Umfangsrichtung und in Hohenrichtung. Danach erreicht die Flussigkeit die Innenwand des Zerstaubers mit angenahert gleicher Volumenstromdichte. Von dort stromt die Flussigkeit in die Bohrungen des dickwandigen AuRenzylinders ab. Die Dispersion an den Lochzylindern ist auch in der Lage, UngleichmaRigkeiten im Spriihfacher der Flachstrahldusen bis zu einem gewissen Grad auszugleichen. Gleiches gilt f i r die infolge eines zu breiten Lamellenfachers an der Kopfplatte und Bodenplatten gesammelten Flussigkeit. Besonders stark ist die Dispersion in Umfangsrichtung. Abbildung 4. a - Rotationszerstauber mit konzentrischen Lochzylindern und einem stillstehenden Dusenstock fur Flachstrahldusen zur gleichmaBigen Aufteilung der Flussigkeit. Die Bohrungen sind bei der gezeigten Bauform nach unten geneigt; b - Detail der Abstromkanten. I 5 Bohrungslange Zur Ausbildung eines sektorfomigen Stromungsquerschnitts im Gerinne ist wegen der undefinierten Eintrittsbedingung in die Stromungskanale eine bestimmte Mindestlange der Bohrungen erforderlich. Untersuchungen im Schwerefeld mit einer ringformigen Flussigkeitsaufgabe ergaben bei einem Neigungswinkel a = 30" fur den ungunstigen Fall der Benetzung bei 0, < 10 O fur die Einlauflange L/6h 2 150 (8) b Chemie lngenieur Technik (70) 4 I 9 8 403 Abbildung 5. Verteilung der Flussigkeit in Urnfangsrichtung und in Hohenrichtung beirn Verteilen der Flussigkeit rnit 4 Flachstrahldusen. Die Winkellage der Auffangsonde zum Aufprallpunkt eines Lamellenfachers ist auf der Abszisse aufgetragen. Gezeigt ist der lokal aufgefangene Volumenstrorn bezogen auf den Gesarntvolurnenstrorn aller Sondenstellungen. Abbildung 6. Umfangsverteilung der Flussigkeit in rnittlerer Hiihe des Zerstaubers bei gleichzeitigern Einsatz von 4 Flachstrahldusen in Kombination rnit 2 Lochzylindereinsatzen. Die Winkelstellung der Sonde entspricht der in Abb. 5. . , 90' zum Auftreffpunkt q = 1 mPas u = 0,072Nlm 90' \ 1- Wlnkelstellung N = 1080 U, = 800 Ih ~ 1 =1 mPas u = 0,072Nlm Abbildung 7. Teekannen-Effekt nach [7] bei Filrnstrornung. Nur bei hinreichend kleinem Winkel y legt sich die Flussigkeit nicht an die Unterkante der Abstromflache an, linke Skizze. Das Spriihbild des Rotationszerstaubers wurde mit einer stationaren, in Hohen- und Umfangsrichtung verstellbaren Rohrchensonde unmittelbar am augeren Umfang des Zerstaubers gemessen. Abb. 5 zeigt die Umfangsverteilung uber die Winkelstellung der Auffangsonde zum Aufprallpunkt eines Lamellenfachers sowie die Hohenverteilung, gemessen an den Lochreihen R2 - R14 mit 4 Flachstrahldusen. Wesentlich gleichmaiger ist die Verteilung, wenn zusatzlich 2 Lochzylinder eingebaut werden, s. Abb. 6. Eine noch bessere Verteilung ist mit 6 Flachstrahldusen in Kombination rnit drei Lochzylindern erreichbar. Wegen der Druckabhangigkeit des Spriihwinkels an Flachstrahldusen liegt das Durchsatzverhaltnis zwischen Minimal- und Maximalmalwert etwa bei 1: 3 . 7 Geometrie der Abstromkanten Bei vergleichsweise niedrigen Durchsatzen kann man auch an herkommlichen Rotationszerstaubern beobachten, dad die Flussigkeit die Locher nicht als Freistrahl verladt, sondern dad der Strahl zunachst am audern Umfang des Zylinders ,,haftet".Erst nach einer Umlenkung, die mit einer Aufweitung bei gleichzeitiger Abbremsung des Strahls verbunden ist, verladt der Flussigkeitsstrahl den auderen Zylindermantel des Zerstaubers. Dies ist oft mit turbulenten Schwankungsbewegungen verbunden. Der Grund fur die Umlenkung ist der sogenannten Teekanneneffekt, dessen Ursache einerseits in der Benetzung der Abstromflache und andererseits im Impulsaustausch der verschieden schnell stromenden Schichten a n der Ablosekante liegt. Eine Ablenkung des Strahls zur Ablosekante hin ist unvermeidbar, da die Dehnung der wandnahen Schichten nach der Ablosekante ein Drehmoment am Strahl verursacht. Der Fall definierter Ablosung kann mit der Beziehung von G I B B 5 gefunden werden: 8, < 8, + (180" - y ) . Eine ausfiihrliche Analyse des Vorgangs ist in [7] beschrieben, s. dazu auch Abb. 7. Die Umlenkung an der Abstromflache kann reduziert werden. wenn der Winkel y klein genug gewahlt wird oder wenn die Oberflache eine geringe Haftneigung, d. h. einen groden Randwinkel 8, zur Flussigkeit aufweist, wie z. B. PTFE. In der Praxis stellt sich jedoch nach einer bestimmten Kontaktzeit meist durch Verunreinigungen dennoch Benetzung ein. Zum Verhalten der Stromung am Austritt runder Offnungen in geneigten Platten wurden Versuche fur den Benetzungsfall im Schwerefall durchgefuhrt. In die Offnung wurde ein Rohr eingesetzt, dessen a e r s t a n d durch axiales Verschieben in der Platte eingestellt werden konnte. In Abhangigkeit vom Neigungswinkel a der Platte b m der Rohrachse, vom Flussigkeitsdurchsatz und den Stoffwerten der Flussigkeit kann die fherstandslange b ennittelt werden, bei der sich die Flussigkeit von der Plattenoberflache ablost. Fur eine Glucosesirup/Wasser-Losungmit einer Viskositat von q = 100 m Pa s b m . q* = 0,23 und einem Flussigkeitsdurchsatz V = 15 l/h bzw. = 5 ist beispielhaft fur einen Bohrungsdurchmesser D = 30 mm bzw. Bo = 160 und einen Neigungswinkel a = 40"das Anhaften des Strahl an die Platte in Abb. 8 a gezeigt. Das Rohr hat in diesem Fall keinen fherstand. Andererseits kann definiertes Ablosen von der Abstromkante am Rohr festgestellt werden, wenn der merstand des Rohres b = 4 mm bei einer Rohnvandstarke von s = 5 mm bei sonst gleichen Einstellungen betragt, s. Abb. 8 b. Fur definierte Ablosung bei Bohrungsnei- Chemie lngenieur Technik (70) 4 I 9 8 Abbildung 8. Anlegen (a) und Ablosen (b) der Flussigkeit beim Ausstromen des Gerinnes aus einer rohrformigen Offnung in einem geneigten Blech. Betriebsdaten siehe Text. Abbildung 10. a - Prototyp eines laminar betriebenen Rotationszerstaubers fur einen Flussigkeitsdurchsatz von V = 0,8 m3/h. Die Bohrungen sind mit D, = 4 mm ausgefuhrt und mit a = 60" gegen die Horizontale geneigt. Der aui3ere Zylinderradius betragt R = 100 mm; b lnnenansicht eines Rotationszerstaubers mit 3 konzentrischen Lochzylindern zum gleichmaBigen Verteilen der Flussigkeit. - Abbildung 9. Ablosen und Anlegen der Stromung an einer geneigten Platte in Abhangigkeit vom bezogenen Rohruberstandfur verschiedene Durchsatze und Neigungen. Die Hysterese stellt sich beim Erhohen bzw. Reduzieren des Durchsatzes ein. gungen von CI = 30"und viskose Fliissigkeiten bei DurchsatZen von fi > 1 kann der nohvendige n e r s t a n d mit b/DB 2 0,12 angegeben werden. In Abb. 9 sind die gemessenen Ablosegrenzen mit ihrem Hysteresebereich f i r verschiedene Neigungswinkel der Platte eingezeichnet. Im untersuchten Bereich gilt mit Bezug auf die hydraulische Schichtdicke fiir definiertes Ablosen b/& 2 4 (9) Konstruktiv 1aRt sich der gewiinschte Stromungszustand am Rotationszerstauber durch Einsetzen von dunnwandigen Rohrchen in die Bohrungen der Zylinderwand erreichen. Diese Art der Herstellung wurde bei ersten Prototypen gewahlt. Die Fertigung ist allerdings aufwendig und sicherheitstechnisch nicht unbedenklich. Als Alternative kann der Zerstauber mit einer dicken Zylindenvand ausgefihrt werden, wobei die Bohrungslangen durch die Zylindenvanddicke und die Neigung bestimmt werden. Bei einer Neigungsrichtung der Bohrungen nach unten konnen diese in V-fonnigen Ringnuten miinden, die als Ansatzflache fur das Bohnverkzeug dienen und durch einfaches Abdrehen mit einer Fase versehen werden. Auf diese Weise wird eine Abstromkante entsprechend einer Rohrwandstarke von z. B. s = 0,5 mm ausgebildet, s. Abb. 4 b. Abb. 10 a zeigt die ausgedrehten V-Nuten mit Fasen als Abstromkanten an einem Prototyp-Zerstauber. Der hier gezeigte LAMROTZerstauber ist mit 900 Bohrungen 0 4 mm ausgefiihrt und fur einen Durchsatz von 0.8 m3/h bei einer Drehzahl von 1500 < n < 3000 min-l ausgelegt. Die Bohrungen sind mit cc=60" gegen die Horizontale nach unten geneigt. Mit diesem Zerstauber konnen rnit wadrigen Losungen oder Suspensionen Tropfen im Durchmesserbereich von 250 < d50,3< 450 pm mit einem GleichmaBigkeitsparameter von 4 < NRRsB< 8 hergestellt werden, wobei der niedrigere fiir Wasser und der hohere Wert fiir FlussigWert von NRRsB Chemie lngenieur Technik (70) 4 I98 405 5. 405-408 D WILEY-VCH Verlag GmbH, D-69469 Weinheim. 1998 0009-286W980404-0405 $17.50+.50/0 keiten mit ca. 50 m Pa s gilt. Abb. 10b zeigt das Innere des Zerstaubers mit 3 konzentrischen Lochzylindern zum gleichmaigen Aufteilen der Flussigkeit auf die Bohrungen. Die im Schwerefeld ausgefuhrten Untersuchungen wurden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft unterstiitzt. Die Messung der TropfengroJen erfolgte mit Geraten, die durch Sondermiitel des Landes NRWfinanziert wurden. Beiden Institutionen sei hiermit f i r die Forderung herzlich gedankt. Eingegangen am 25. August 1997 [K 22641 Formelzeichen d50,3 [ml n N NRRSB [-I [-I R [ml [ml S v [m3/s] [m3/s] [m3/s] [dsl VB VL - W Coriolisbeschleunigung Zentrifugalbeschleunigung ijberstandslange Durchmesser bzw. Radius der Bohrungen Medianwert der TropfengroRenverteilung Drehzahl Anzahl der Bohrungen Gleichformigkeitsparameter der RRSB-Verteilung auRerer Radius des Zerstaubers Wanddicke der Rohrchen bzw. Fasenbreite Volumenstrom Volumenstrom in einer Bohrung lokaler Volumenstrom in die Sonde mittlere Stromungsgeschwindigkeit des Gerinnes griechische Buchstaben [“I Neigung der Rohr- bzw Bohrungsachse zur Beschleunigungsrichtung 6 [ml Schichtdicke der Gerinnestromung *h [ml hydraulische Dicke der Gerinnestromung v [Pa s] Viskositat der Flussigkeit Y [“I Winkel der Ablosekante 0, [“I Kontakhvinkel der Flussigkeit zum Zerstauber P [kg/m3] Dichte der Flussigkeit 0 [N/m] Oberflachenspannung 0 [l/s] Kreisfrequenz der Rotation LY [5] S C H R B D E R , T., W A L Z E L , P. Vortrag auf der VDI-Jahrestagung der Verfahrensingenieure in Strasbourg, Sept. 1995, und Chem.1ng.-Techn. 68 (1996) 5, S. 562/566. [6] W A L Z E L . P., M I C H A L S K I , P:H. Verfahrenstechnik24 (1980) 3, S. 157/159. [7] K I S T L E R , S. F., S C R I V E N , L. E. J. Fluid Mech. Vol. 263, (1994) S. 19/62. Zweidimens ionaIe quantitative Bestimmung der TropfengroBe in Sprays THOMAS STACH, MICHAEL WENSING. KAI-UWE M U N C H UND ALFRED LEIPERTZ* Bei vielen verbrennungs- oder trocknungstechnischen Prozessen wird eine Flussigkeit mit Hilfe eines Zerstaubers in ein gasformiges Medium eingebracht. Die in den Sprays vorliegende TropfengroRenverteilung ist sowohl fiir die Charakterisierung des Sprays als auch hinsichtlich der Optimierung des Warme- und Stoffaustausches dieser Prozesse von grundlegendem Interesse. Kommerziell erhaltlich sind heute MeRtechniken zur punktellen TropfengroRenbestimmung (PhasenDoppler-Anemometrie, PDA) bzw zur Messung von mittleren TropfengroRen entlang einer Linie im Spraystrahl (Malvern-Technik). Die in dieser Arbeit vorgestellte zweidimensionale Polarisations-Mie-Technik erlaubt die gleichzeitige Bestimmung der TropfengroBen in einer Ebene des Sprays, genauer der lokalen Unterschiede der TropfengroBe innerhalb der MeBebene. Die Polarisations-Mie-Technik ist eine Weiterenhvicklung der zweidimensionalen (2D) Mie-StreulichtTechnik, einer vielfach zur Charakterisierung von Zerstaubersystemen eingesetzten Laser-MeRtechnik [l-31. Im Gegensatz zur Mie-Streulicht-Technik, bei der das gesamte Streulichtsignal der Streuteilchen detektiert wird, werden Abbiidung 1. Prinzipdarstellung der zweidimensionalen Polarisations-MieTechnik zur Bestimmung von TropfengroBen in einer Ebene eines Flussigkeitssprays. Literatur [I] W A L Z E L , P. Vortrag beim GVC-FachausschuR Mehrphasenstromung, 17./18.Febr. 1994 in Wurzburg. [2] BRAVER, H . Ein- und Mehrphasenstromungen, Sauerlander, Aarau 1975. [3] S C H R O D E R , T. Dissertation, VDI-Fortschrittsbericht, Reihe 3, Nr. 503, VDI-Verlag, Diisseldorf 1997. [4] W A L Z E L . P. Chem.-1ng.-Tech.62 (1990) 12, S. 983/994. * Dip1.-Ing. T. S T A C H , Dip1.-Ing. M . W E N S I N G , Dr.-Ing. K:U. M i r N C H und Prof. Dr.-Ing. A . LEIPERTZ, Lehrstuhl fur Technische Thermodynamik, Universitat Erlangen-Niirnberg, Am Weichselgarten 8, D-91058 Erlangen.