Mikrovermischungprozesse in turbulenten Freistrahlströmungen

Motivation

Im Rahmen der Untersuchung von Mikrovermischungprozessen in turbulenten Freistrahlströmungen wird die Mikrovermischung als ein Prozess verstanden, der chemische Reaktanden auf kleinster Ebene miteinander in Kontakt bringt. Dadurch kann der Anteil parasitärer Reaktionsprodukte bei parallel oder konsekutiv ablaufenden Reaktionen verringert werden. Diese Forschungsarbeit zielt darauf ab, die Auswirkungen des Einsatzes von Mikroinjektoren zur Vermischung auf molekularer Ebene auf den Ressourcen- und Energieverbrauch in chemischen Verfahren zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden sowohl laseroptische Diagnosemethoden für die in-situ-Charakterisierung der turbulenten Freistrahlströmungen als auch die ex-situ-Untersuchung von Reaktionsprodukten mittels verschiedener gängiger Methoden der chemischen Analysetechnik angewendet. Sowohl die in-situ- als auch ex-situ-Untersuchungen zielen darauf ab, ein detailliertes Verständnis der Gemischbildung auf mikroskopischer Ebene zu erlangen und entsprechende Rückschlüsse auf Optimierungsmöglichkeiten und Limitierungen der Mikrovermischung im turbulenten Freistrahl zu ziehen.

Methode

Die Untersuchung der Mikrovermischungsprozesse zeichnet sich im Vergleich zu anderen laufenden ODEE-Projekten durch einen besonderen Aspekt aus: Sie findet vollständig in der Flüssigphase statt. Zu diesem Zweck wurde ein spezieller optisch zugänglicher Versuchsaufbau entwickelt, der die Untersuchung der turbulenten Vermischung flüssiger Reaktionsgemische mittels Particle Image Velocimetry (PIV) und PLIF-Imaging (Planar Laser-Induced Fluorescence) ermöglicht. In diesem Zusammenhang werden Injektoren mit unterschiedlichen Mikrodüsen-Geometrien montiert und unter anderem die Einflüsse der jeweiligen Geometrie auf die Strömungseigenschaften im Betrieb sowohl auf Makro- als auch Mikroebene untersucht. Die Untersuchung der Eigenschaften erfolgt mittels Ex-Situ-Methoden wie Dynamic Light Scattering (DLS), Elektronenmikroskopie und diverser gängiger spektroskopischer und chromatografischer Methoden der chemischen Analysetechnik. Dabei werden insbesondere die mischmethodenabhängigen Eigenschaften wie die Mischzeit oder die Produktausbeute geeigneter Modellreaktionen untersucht.