Simultane experimentelle Analyse von Konzentrations- und Geschwindigkeitsfeldern in Flüssigkeitsfilmströmungen bei der Überströmung von mikrostrukturierten Oberflächen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jens-Uwe Repke
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 466839600

Durch den Einsatz mikrostrukturierter Oberflächen in verfahrenstechnischen Apparaten wie Packungskolonnen, Verdampfern oder Kondensatoren wird nicht nur eine verbesserte Benetzung gewährleistet, sondern insbesondere auch der Stofftransport in der sich ausbildenden Flüssigkeitsfilmströmung signifikant gesteigert. Es ist allerdings bisher nicht vollständig erforscht, auf welche Weise Mikrostrukturen die Impulsverteilung und nachfolgend damit den Stofftransport innerhalb von Flüssigkeitsfilmströmungen beeinflussen. In diesem Forschungsvorhaben wird daher der Einfluss von einzelnen und mehreren Mikrostrukturen auf den Stoffübergang aus einer Gasströmung in gravitationsgetriebene Flüssigkeitsfilmströmungen auf geneigten Plattenelementen mit verschiedenen Mikrostrukturen untersucht. Um dabei lokal die Kopplung der Impulsverteilung mit dem Gaseintrag experimentell analysieren zu können, soll das Konzentrationsfeld des absorbierten Gasanteils simultan mit dem Geschwindigkeitsfeld innerhalb der Flüssigkeitsfilmströmung im unmittelbaren Bereich der Mikrostruktur vermessen werden. Dazu wird zuerst ein Messaufbau aus der Kombination einer Planar Laser Induced Fluorescence Methode zur Konzentrationsfeldmessung mit einer Stereoscopic Particle Image Velocimetry zur Geschwindigkeitsfeldmessung durch die Rückseite transparenter Mikrostrukturabformungen realisiert. Anschließend wird für verschiedene Gas- und Flüssigkeitsbelastungen systematisch der Einfluss der Form einzelner Mikrostrukturen und der Einfluss des Abstandes zwischen mehreren Mikrostrukturen untersucht. Die geplanten Messkampagnen umfassen die Überströmung von unidirektionalen Mikrostrukturen (Quader-, Prismen- und Halbzylinderstufen) und die Um- bzw. Überströmung bidirektionaler Mikrostrukturen (Pyramide, Halbkugel und Würfel).Dieses Forschungsvorhaben wird damit einen fundamentalen Beitrag zur Identifizierung und zum Grundlagenverständnis des phänomenologischen Mikrostruktureinflusses leisten und eine abgesicherte Datenbasis für die Validierung numerischer Strömungssimulationen zur Mikrostrukturoptimierung zur Verfügung stellen, wodurch ein weiterer Beitrag für das fundamentale Verständnis von Stoffaustauschvorgängen und für das Design und die Auslegung neuartiger und optimaler Strukturen geleistet wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen