Zerstäubungsprozesse
Die Gruppe für Zerstäubungsprozesse am WSA widmet sich der Entwicklung und Anwendung innovativer laser-optischer Messmethoden und Prüfstände zur Verbesserung des Verständnisses über physikalische Phänomene, die im Rahmen der Flüssigkeitszerstäubung und komplexer disperser Strömungen auftreten. Besonderer Fokus liegt auf der Analyse von düseninternen Mehrphasenströmungen, von Oberflächeninstabilitäten während des Strahlzerfalls, von Mechanismen während der Entstehung und Verdunstung von Tropfen, sowie von Gemischbildungs- und Interaktionsphänomenen des Gesamtstrahls. Darüber hinaus ist die Gruppe auf die Entwicklung und Anwendung von Düsen zur Prozessoptimierung spezialisiert.
Düsenentwicklung
Die Entwicklung von Düsen zur Flüssigkeitszerstäubung wird im Rahmen unterschiedlicher Projekte intensiv vorangetrieben. Beispiele:
- Variation der Düsenbauform zur gezielten Produktion von Nanomaterialien im Rahmen der Sprayflammensynthese (Projekt: DFG SPP1980 )
- Entwicklung bronchoskopischer Düsen zur lungeninternen Applikation von Stammzellen zur Therapie des akuten Lungenversagens (Projekt: DFG RE 4092/2-1 )
- Nutzung von transparenten Düsen zur berührungslosen Strömungscharakterisierung (Projekt : FSC CA2-02-02 , siehe Abbildung)
Die dabei zum Einsatz kommenden Düsentypen sind vielfältig. So werden sowohl (Hoch-) Druckzerstäuber als auch Niederdruckzerstäuber (Zweistoffdüsen, Koaxial, Effervescent, Ultraschall) eingesetzt.
Stationäre Prüfstände / Labore
In 7 individuellen Laborräumen auf 300 m² Fläche werden unterschiedliche Prüfstände betrieben und stetig weiterentwickelt. Diese ermöglichen eine reproduzierbare Einstellung der für das jeweilige Anwendungsfeld relevanten Randbedingungen und stellen gleichzeitig die notwendigen optischen Zugänge für spezifische Messmethoden bereit (weitere Informationen auf Anfrage).
Laser-optische Methoden
Zur umfassenden Bestimmung von charakteristischen Längen- und Zeitskalen der Mehrphasenströmung sowie von Temperaturen und Drücken, stehen komplementäre Messmethoden bereit (weitere Informationen auf Anfrage):
- Ultra-Highspeed Visualisierung bis 5 Mio fps inkl. automatisierter Bildauswertung (u.a. für Tropfengröße und Geschwindigkeit)
- Mehrfarben Laser-induzierte Fluoreszenz u.a.zur Bestimmung von Temperaturfeldern in Mikrotropfen und Flüssigkeitssprays sowie zur Messung von Filmdickenverteilungen
- Phasen-Doppler-Anemometrie (DPSS Laser basiert)zur örtlich und zeitlich aufgelösten Messung von Tropfengrößen- und Geschwindigkeitsverteilungen
- Interferometer (u.a. Highspeed-Fizeau-Interferometer) zur Charakterisierung von Flüssigkeitsfilmen
- Particle Image Velocimetry, Laser Correlation Velocimetry und Laser-Doppler Velocimetry zur Strömungsfeldmessung
- Druck und Temperatursensorik
Aktuelle Projekte
Im Fachbereich der Zerstäubung werden unterschiedliche industriell und öffentlich geförderte Projekte behandelt. Eine Auswahl:
- DFG SPP1980: Einfluss der Zerstäubung auf die Partikelsynthese in Sprayflammen
- DFG KN 764/17-1: Experimentelle und numerische Analyse der Interaktion von Sprühstrahlen mit dünnen Wandfilmen
- DFG RE 4092/2-1: Entwicklung eines intrapulmonalen Sprühverfahrens für die Zelltherapie
- DFG ZUK II, RWTH Start-Up 333-18: Einfluss von Druck- und Geschwindigkeitsgradienten im Rahmen der Zerstäubung auf die Deformation und Viabilität von mesenchymalen Stammzellen
- DFG EXC 2186-FSC: Fundamental investigation of spray and droplet interaction phenomena in advanced combustion systems
- DFG EXC 2186-FSC: Fuel-adapted manipulation of nozzle-internal and external breakup mechanisms for molecularly-controlled mixture formation
- DFG EXC 2186-FSC: Local analysis and evaluation of innovative fuel-adaptive exhaust-gas abatement and aftertreatment strategies
- BMWi ZIM PPA-Profil PDA: Entwicklung eines Linien-Phasen-Doppler-Anenometers zur gleichzeitigen hochaufgelösten Bestimmung der Position, Größe und Geschwindigkeit von Tropfen oder Partikeln