Untersuchung der Phasengrenze eines fluiddynamischen Systems mit experimentellen und numerischen Methoden

Zusammenfassung

In dieser Arbeit geht es um die Bestimmung der freien Oberfläche eines rotierenden Zweiphasensystems. Es besteht aus einem zylindrischen Rotor mit horizontaler Achse, der teilweise mit einer zähen schweren Flüssigkeit, teilweise mit Luft als passiver Phase gefüllt ist, und einer abschabenden, fest stehenden Platte. In Abhängigkeit vom Füllgrad und von einer Kennzahl, die den relativen Einfluss der Schwerkraft und der Reibungskräfte in der Flüssigkeit anzeigt, werden unterschiedliche Strömungszustände beobachtet. Zur quantitativen Visualisierung der Phasengrenzfläche wird einerseits eine optische Methode auf der Basis ebener Laserlichtschnitte erprobt, andererseits die Röntgen-Computertomographie eingesetzt. Komplementär dazu kann die freie Oberfläche auch durch die numerische Simulation der Zweiphasenströmung berechnet werden. Die mit den verschiedenen Methoden erzeugten Ergebnisse werden miteinander verglichen und bewertet.

Abstract

The paper deals with the detection of the free surface in a rotating two-phase system. It consists of a cylindrical rotor with horizontal axis and a fixed plate as a scraping internal tool. The cylinder is partially filled with a viscous heavy liquid and is otherwise filled with air as thin passive phase. Depending on the filling degree and on a dimensionless parameter which indicates the relative influence of gravity and viscous forces within the liquid, different flow states can be observed. In order to visualize the phase interface, two different experimental techniques are applied, namely an optical method on the basis of laser light-sections and the X-ray computed tomography. In addition, the free surface is calculated by means of a numerical simulation of the two-phase flow. The results obtained with the different methods are compared each other and discussed.