Betrieb verfahrenstechnischer Maschinen und Apparate (Praktikum)

Zur Auslegung von Kontaktapparaten greifen sowohl Forschungsinstitute als auch die Industrie auf Stofftransportkorrelationen zurück, die auf integral ausgewerteten Experimenten beruhen. Dies bedeutet, dass unter einstellbaren Bedingungen der in einem Zeitraum Δt = t - t₀ übergegangene Stoffstrom durch eine passende Analysemethode bestimmt wird. Diese Art der Auswertung bietet jedoch keinerlei Informationen über den Verlauf des übergehenden Stoffstroms im Verlauf des Zeitfensters t₀ bis t. Die zeitliche Beobachtung dieses Prozesses kann durch kürzere Zeiträume t angenähert werden, jedoch beeinflusst die Probengewinnung für die Analytik stets mehr oder minder stark den Stoffübergang und damit das Ergebnis. Beispielhaft sollen hier die Probennahme mittels einer Kanüle oder das Einführen einer pH-Messsonde genannt werden.

Optische Messverfahren vermeiden die Beeinflussung von Konzentrations- und Strömungsfeldern und ermöglichen so die Vermessung des zeitlich und räumlich aufgelösten Stofftransports. Eine besonders im Bereich der Gasströmungen genutzte optische Messmethode ist die Farbverlaufs-Schlierenfotografie, die auf der Ablenkung parallelisierter Lichtstrahlen aufgrund von Brechungsindexunterschieden beruht. Da die Einflussgröße, der Brechungsindex, durch eine Vielzahl von Stoffgrößen beeinflusst wird, beispielsweise der Temperatur oder der Konzentration, ist jeweils die Messung einer der beiden Größen möglich, während die andere konstant gehalten werden muss. Dabei dienen Temperaturfelder um eine beheizte Kugel als Validierungsfall, um daraus gewonnene Erkenntnisse bei der Bestimmung von Konzentrationsfeldern um ruhende Einzeltropfen anwenden zu können. Ein zusätzlicher Vorteil eines optischen Messverfahrens liegt darin, dass bei ausreichender räumlicher und zeitlicher Auflösung, lokale Phänomene beobachtet werden können. Im Falle von Stofftransportversuchen ist beispielsweise die Verstärkung des Stofftransports aufgrund von Stofferuptionen zu nennen (siehe Bild unten rechts).

In diesem DFG-Projekt liegt der Fokus auf dem Aufbau, der Steuerung und der Validierung des experimentellen Setups, da dieses zahlreiche Anknüpfungspunkte zu anderen am Fachgebiet bearbeiteten Projekten bietet. Darüber hinaus sollen neben den Validierungsexperimenten auch Konzentrationsfeldmessungen durchgeführt werden, die wiederum zur Verbesserung der Stofftransportkorrelationen oder zu Validierung von numerischen Simulationen genutzt werden können.