Experimentelle und theoretische Untersuchung der grundlegenden Prozesse, die die Wechselwirkung von Blasen mit hydrophoben Partikeln in turbulenten Strömungen steuern

• Antragsteller: Dr.-Ing. Tian Ma
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Energieverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 555712173

Das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Blasen und Partikeln in turbulenten Strömungen ist im Bereich der Mehrphasenströmungen von großem Interesse und für viele technologische Prozesse von Bedeutung. Ein Beispiel dafür ist das Flotationsverfahren, bei dem Gasblasen in der Erztrübe dispergiert werden und hydrophobe Partikel, die sich an die Blasen anlagern, in einem an der Wasseroberfläche gebildeten Schaum anreichern, aus welchem anschließend die wertvollen Partikel extrahiert werden können. Die Wirksamkeit des Verfahrens hängt entscheidend davon ab, ob die Partikel überhaupt mit den Blasenoberflächen in Kontakt kommen und dort lange genug haften bleiben, um den Schaum zu erreichen. Der Einfluss von Turbulenz auf diese Faktoren ist unklar, und es gibt noch viele grundlegende Fragen, die größtenteils unerforscht sind: Welches sind die physikalischen Mechanismen, durch die turbulente Fluktuationen die Partikelströme zu und von den Blasenoberflächen steuern? Wie hoch ist die Kollisionsrate der Partikel an den Blasenoberflächen, und wie wahrscheinlich ist es, dass ein Partikel lange genug anhaftet um zur Wasseroberfläche aufzusteigen? Bei welchen Parametern begünstigt oder behindert die durch die Blasen erzeugte Turbulenz den Prozess der Partikelanhaftung/Ablösung? Welchen Einfluss haben Tenside in der Strömung? In der vorgeschlagenen Untersuchung werden wir revolutionäre dreidimensionale (3D) Lagrangesche Partikelverfolgungsmessungen für Tracer, Inertialpartikel und Blasen in einer turbulenten Blasensäule durchführen. Für die kontinuierliche Phase werden die Experimente die Auswirkungen von Blasen, Tensiden und Partikeln auf die Eigenschaften der Turbulenz der Strömung untersuchen. Für die dispergierte Phase werden wir die experimentellen Daten nutzen, um die Vermischung und Dispersion von Blasen und Partikeln, den Massenfluss von Partikeln zu und von den Blasenoberflächen und die Abhängigkeit von den Strömungsparametern im Detail zu untersuchen. Die Arbeiten werden zu grundlegenden Erkenntnissen über die Physik mehrphasiger turbulenter Strömungen führen, bei denen es zu Wechselwirkungen zwischen Blasen und Partikeln kommt. Diese Fortschritte werden entscheidende Erkenntnisse für die Gestaltung von Mehrphasenströmungsapparaten, wie dem Flotationsprozess, liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Mitverantwortliche: Dr.-Ing. Hendrik Hessenkemper; Dr.-Ing. Anna-Elisabeth Sommer
• Kooperationspartner: Professor Andrew Bragg, Ph.D.