Entwicklung einer neuartigen Geschwindigkeitsmessmethode auf der Basis von Röntgenstrahlen für Blasensäulen mit hohem Gasgehalt

Blasensäulen sind verfahrenstechnische Apparate zur Produktion von Stoffen und Organismen. Trotz ihres verbreiteten industriellen Einsatzes wird die in ihnen ablaufende Strömung bisher noch nicht vollständig verstanden, was zu Schwierigkeiten bei der Auslegung von Blasensäulen führt. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines neuartigen Messverfahrens, mit dem die Strömungsmechanik in Blasensäulen mit hohem Gasgehalt untersucht werden kann. Dieses Messverfahren soll auf Blasensäulen angewendet werden und dadurch zu einem besseren Verständnis der Strömungsmechanik in diesen Apparaten und zu ihrer verbesserten Auslegung beitragen. Der Gasgehalt in industriell verwendeten Blasensäulen variiert zwischen wenigen Prozent und 40 Prozent. Herkömmliche optische Messverfahren versagen, wenn der optische Weg durch eine oder mehrere Blasen gestört wird. Die Störung des optischen Weges führt zu Reflexionen und Brechungen an den Grenzflächen zwischen flüssiger und gasförmiger Phase. Im Allgemeinen ist die Anwendung optischer Messmethoden, abhängig von der Blasengröße und der Messtiefe, auf einen maximalen Gasgehalt von etwa fünf Prozent beschränkt. Das neue Messverfahren verfolgt Partikelbewegungen. Im Gegensatz zur herkömmlichen optischen Verfahren geschieht das jedoch auf Röntgenbasis. Die Verwendung von Röntgenstrahlung hat den Vorteil, dass diese eine Gas-Flüssigkeits-Strömung geradlinig durchdringt, weil die Brechungsindizes von Gas und Flüssigkeit nahezu identisch sind. Mit dem neuen Strömungsmessverfahren wurden Strömungen mit einem Gasgehalt zwischen einem Prozent und acht Prozent untersucht. Die durchgeführten Experimente bewiesen die Leistungsfähigkeit des neuartigen Verfahrens. Dessen wesentliche Eigenschaften sind: Keine Einschränkung der Messmethode durch den Gasgehalt Bestimmung des dreidimensionalen Geschwindigkeitsfeldes im gesamten Volumen Berührungsloses Messverfahren Kurze Messzeit Die zeitliche und räumliche Auflösung des Verfahrens kann durch Verwendung von auf dem Markt erhältlichen, deutlich schnelleren Röntgensystemen verbessert werden.