Technische Sprühstrahlen

  Spray Zeitreihe Urheberrecht: © WSA Zeitreihe des Sprays eines Dieselinjektors.

Sprühstrahlen finden in unterschiedlichen Bereichen des alltäglichen Lebens und technischen Anwendungsfällen Verwendung. Beispiele hierfür sind Lackierprozesse in der Automobilindustrie, Umwandlung von chemischer Energie in Verbrennungsmotoren oder in Raketentriebwerken, effizientes Thermomanagement von zu kühlenden Oberflächen, über Anwendungen in der Medizintechnik wie zum Beispiel die Sprayapplikation von Stammzellen, die Sprühtrocknung in der Lebensmittel- oder Arzneiproduktion bis hin zu Partikelherstellung durch die Spray-Flammensynthese.

Ausgehend vom Zerstäuber als Blackbox, bei dem eine zusammenhängende Flüssigkeit in eine Zweiphasenströmung mit Ligamenten und Tropfen sowie umgebender Gasphase überführt wird, werden die für die Sprühstrahlerzeugung notwendigen Mechanismen des Strahlzerfalls vorgestellt. Da die verschiedenen technischen Anwendungen spezifische Anforderung an den Sprühstrahl haben, resultieren sehr unterschiedliche Methoden der Zerstäubung und Sprühstrahlerzeugung. Beispiele hierfür sind Druckzerstäubung, rotationsinduzierte Zerstäubung und auch scherinduzierte Zerstäubung. Die Beschreibung des Zerfalls und aller Teilphänomene von diesen hochkomplexen Zweiphasenströmungen ist Inhalt dieser Vorlesung.

Die Grenzen heutiger experimenteller und numerischer Methoden um Sprühstrahlen zu charakterisieren werden innerhalb dieser Vorlesung anhand des aktuellen Forschungsstand aufgezeigt. Im Rahmen der begleitenden Übung besteht die Möglichkeit, physikalische Größen von Sprühstrahlen abzuschätzen, Messmethoden kennenzulernen und diese in Gruppenarbeit unter realen Bedingungen anzuwenden.

Inhalt

  1. Relevanz von technischen Sprühstrahlen für unterschiedliche Anwendungen in den Bereichen Mobilität, Energieversorgung, Industrie, Medizin
  2. Mechanismen des Strahlzerfalls
  3. Technische Zerstäubung
  4. Tropfenprozesse
  5. Strahlcharakteristik
  6. Optische Messtechnik zur Sprühstrahlcharakterisierung