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Einfluss eines elektrischen Feldes auf die Bewegung und Bildung von Gasblasen


Dr.-Ing. D. Wiemann

Dr.-Ing. L. Reime

 

In elektrischen Feldern treten Kräfte auf, die in den Phasengrenzflächen eines dispersen Systems wirksam sind und die Bildung und Bewegung von Blasen oder Tropfen beeinflussen. Die elektrophoretische Kraft wirkt auf geladene Partikel und ist schon für geringe Feldstärken zu beobachten. Die Kraftrichtung ist von der Orientierung des elektrischen Feldes abhängig. Die dielektrophoretische Kraft tritt in inhomogenen elektrischen Feldern infolge der Polarsation der Partikel auf. Diese Kraft tritt sowohl in Gleich- als auch in Wechselstromfeldern für hohe elektrische Feldstärken auf und wirkt in Richtung zunehmender elektrischer Feldstärke. Die dritte Kraft in der Phasengrenze entsteht durch den sprunghaften Wechsel der Permittivität.

Ziel der Forschungsarbeiten ist es, den Einfluss elektrischer Felder auf die Bewegung und die Bildung von Blasen, die sich in einem vertikalen Strömungsfeld bewegen, zu untersuchen. Für die experimentellen Untersuchungen wird die in Bild 1 dargestellte Apparatur verwendet.

                                                                             Bild 1: Schema der Versuchsapparatur

An der Kapillare wird eine Blase gebildet und in der Gegenströmung fixiert. Das Volumen der Blase wird durch die Öffnungsdauer des Ventils bestimmt. Die Relativgeschwindigkeit zwischen der Gas- und der Flüssigphase wird in Abhängigkeit der elektrischen Feldstärke und des Blasenvolumens gemessen. Für die Untersuchungen wird sowohl ein Gleich- als auch ein Wechselstromfeld verwendet. Des weiteren werden unterschiedliche Geometrien der Elektroden für das Erzeugen inhomogener Felder benutzt.

Durch den Vergleich zwischen den ohne und unter dem Einfluss des elektrischen Feldes gemessenen Relativgeschwindigkeiten wird der Einfluss der elektrischen Kräfte auf den Strömungswiderstand der Blase erhalten.