In Gas‐/Flüssigkeits‐Kontaktapparaten hat die möglichst effektive Ausnutzung der Gasphase bei minimalen Energiekosten, optimalen Kontaktzeiten und hohen Stoffaustauschraten eine maßgebende Bedeutung. Dabei werden Nachlaufgebiete von dispergierten Gasblasen zunehmend auch als lokale Mischorgane verstanden, die einen wesentlichen Beitrag zur Meso‐ und Mikrovermischung in Mehrphasenströmungen leisten. Ein besseres Verständnis der Vorgänge im grenzschichtnahen Bereich eröffnet neue Perspektiven zur Prozessintensivierung und damit zur gezielten Reaktionsführung. Zur umfassenden Beschreibung des gekoppelten Impuls‐, Wärme‐ und Stoffaustausches in Mehrphasenströmungen sind jedoch Detailkenntnisse erforderlich, die bisher aufgrund der komplexen Zusammenhänge und messtechnischen Unzugänglichkeit nur in geringem Maße zur Verfügung stehen. Ergebnisse von Untersuchungen der sich grenzschichtnah ausbildenden Geschwindigkeits‐ und Konzentrationsfelder an frei aufsteigenden Gasblasen in wässriger Umgebung werden beschrieben. Hierbei werden die sich einstellenden Geschwindigkeits‐ und Konzentrationsfelder mittels Particle Image Velocimetry (PIV) und Laser Induzierter Fluoreszenz (LIF) vermessen, um lokale hydrodynamische Effekte sowie örtliche Konzentrationsgradienten entlang der Phasengrenzfläche aufzuklären. Hierdurch wird eine Massenstrombilanzierung und Berechnung lokaler, momentaner Stoffaustauschraten ermöglicht. Während im ersten Teil dieser Arbeit die Mess‐ und Auswertungsmethodik erläutert wird, erfolgt im zweiten Teil die Darstellung und Diskussion der Ergebnisse.
An approach to generate turbulence with systematically controllable properties and statistically comparable to real bubble-induced turbulence is evaluated. Particles are arranged in a flexible regular grid and can move freely in the directions perpendicular to the flow direction. The flow induced by different grid configurations is characterized by particle image velocimetry and electrodiffusion measurement. With these techniques, spatially resolved velocity fields and time-resolved energy spectra are achieved. Homogeneous turbulence with the intensity comparable to regular bubble flow is obtained downstream from the particle grid. The energy spectra of these emulated turbulent flows agree with the energy spectra of real bubble-induced turbulence. The proposed concept of turbulence generation is suitable for detailed scientific investigations of bubbles in turbulent flows using sophisticated optical measurement techniques.
Multiscale Description of Mass Transfer Processes for Gas-Liquid ReactionsThis work focuses on the investigation of multiscale mass transfer processes at freely rising single spherical bubbles with superimposed chemical reaction. For this purpose, the oxygen mass transfer without chemical reaction, calculated from numerical simulations and experimental investigations is compared quantitatively. Moreover the impact of the sulfite-sulfate reaction on the concentration field is shown qualitatively. It becomes obvious that numerical simulations provide more detailed information of the velocity field, while experiments represent a valid analysis of the concentration field. Thus bidirectional validation and combined usage of the more significant results lead to an improved calculation of the local oxygen mass flow.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.