Vorwort ....................................................... iii
Nomenklatur ................................................... vii
1 Einleitung und Stand der Forschung ............................ 1
1.1 Einleitung ................................................ 1
1.2 Literaturübersicht ........................................ 2
1.3 Motivation und Zielsetzung der Arbeit ..................... 9
2 Die Herstellung gelförmiger Treibstoffe ...................... 11
2.1 Die Wirkungsweise verschiedener Gelbildner ............... 11
2.1.1 Die Vergelung mit Aerosil .......................... 11
2.1.2 Die Vergelung mit Thixatrol ........................ 12
2.1.3 Die Vergelung mit Methocel ......................... 13
2.2 Auswahl der Gele ......................................... 13
2.3 Ablauf der Herstellung ................................... 15
3 Die rheologische Charakterisierung ........................... 17
3.1 Grundbegriffe der Rheologie .............................. 17
3.2 Überprüfung der phänomenologischen Eigenschaften
der Fluide ............................................... 18
3.3 Der relevante Scherratenbereich für Sprühprozesse ........ 20
3.4 Messgeräte ............................................... 21
3.4.1 Rotationsrheometer RS1 ............................. 22
3.4.2 Kapillarrheometer RH2000 ........................... 23
3.5 Korrektur der Messdaten des Kapillarrheometers ........... 27
3.5.1 Korrektur der Einlaufdruckverluste ................. 27
3.5.2 Korrektur der Wandgleiteffekte ..................... 30
3.5.3 Korrektur des nicht-Newtonschen
Viskositätsverhaltens .............................. 33
3.6 Experimentelle Bestimmung der Fließgrenze ................ 36
3.7 Experimentelle Bestimmung der Scherviskosität ............ 38
3.8 Experimentelle Bestimmung der Dehnviskosität ............. 41
4 Die laminare Rohrströmung .................................... 45
4.1 Das Herschel-Bulkley-Extended-Modell (HBE) ............... 45
4.2 Berechnung der laminaren Rohrströmung .................... 50
4.2.1 Fließparameter f und g ............................. 51
4.2.2 Analytische Lösung für n - 0,5 ..................... 52
4.2.3 Allgemeine numerische Lösung ....................... 53
4.3 Validierung der laminaren Strömungsberechnung ............ 55
4.4 Beispiele berechneter Geschwindigkeitsprofile ............ 56
4.4.1 Der Einfiuss des Spannungsverhältnisses ............ 57
4.4.2 Die Kerngeschwhidigkeit ............................ 58
4.4.3 Absolute Geschwindigkeitsprofile der untersuchten
Gele ............................................... 60
5 Der laminar-turbulente Übergang .............................. 65
5.1 Die verallgemeinerte HBE-Reynoldszahl .................... 65
5.1.1 Problemstellung .................................... 65
5.1.2 Herleitung der HBE-Reynoldszahl .................... 66
5.1.3 Übereinstimmung der Erkenntnisse mit
der Literatur ...................................... 69
5.2 Die kritische HBE-Reynoldszahl ........................... 71
5.2.1 Die Stabilitätsparameter-Methode von
Ryan & Johnson ..................................... 72
5.2.2 Herleitung der kritischen Reynoldszahl nach
Ryan & Johnson ..................................... 73
5.2.3 Berechnung der kritischen HBE-Reynoldszahl ......... 74
5.3 Experimentelle Ergebnisse mit Validierung ................ 78
6 Die Sprüheigenschaften der Gele .............................. 83
6.1 Experimentalaufbau und Datenerfassung .................... 83
6.1.1 Untersuchte Injektoren ............................. 84
6.1.2 Ermittlung der Förderdrücke ........................ 85
6.1.3 Bestimmung der Tropfengrößen ....................... 86
6.1.4 Visualisierung der Tropfenbildung .................. 87
6.2 Auswertung und Interpretation der Ergebnisse ............. 88
6.2.1 Förderdruckverluste ................................ 89
6.2.2 Tropfengrößen ...................................... 92
6.2.3 Zerfallsstrukturen bei Doublet
Impinging-Jet-Versprühung .......................... 95
6.2.4 Tropfenbildung bei Variation des Massenstromes ..... 96
6.2.5 Tropfenbildung bei Variation
der Injektoreinlaufgeometrie ...................... 104
6.3 Einfiuss des Gelbildners auf die Sprühfähigkeit ......... 105
7 Zusammenfassung und Ausblick ................................ 107
Literaturverzeichnis .......................................... 111
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