26.07.2021

Rasante Gas-Flüssigkeits-Strömungen

Geschwindigkeiten in turbulenten Mischungen wurden systematisch unterschätzt.

Wenn in Strömungen starke Turbulenzen auftreten, kommt es zu einer Vermischung von Flüssigkeit und Gas. Solche Gas-​Flüssig­keits-Strömungen treten in vielfältiger Form auf sowohl in technischen Systemen wie in Kern­reaktoren und Wasser­kraftwerken als auch in der Natur als Wasser-​Luft-Strömungen in Strom­schnellen und brechenden Wellen. Für die Messung solcher Strömungen verwenden Ingenieure seit den 1960er Jahren spezielle Sonden. Diese intrusiven Strömungs­sonden bestehen aus zwei Nadeln, welche vorbei­strömende Blasen und Tropfen aufstechen. Ziel einer Studie an der Technischen Hochschule in Zürich war es, das Verfahren genauer zu untersuchen, um das Potential wie auch die Grenzen dieser seit langem verwendeten Mess­technik zu bestimmen.

Abb.: Seiten­ansicht einer intru­siven Strömungs­sonde im...
Abb.: Seiten­ansicht einer intru­siven Strömungs­sonde im Hochge­schwindigkeits-​Wasser-Luft Versuchs­kanal. (Bild: VAW)

Dafür haben die Forschenden Messungen von intrusiven Sonden mit Laser­geschwindigkeits­messungen verglichen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Sonden stets tiefere Geschwindig­keiten massen als das Lasergerät. Der Grund dafür: Durch die Interaktion der Sonden­spitzen mit den vorbei­strömenden Luftblasen verlieren diese an Geschwindigkeit. Abhängig vom Anwendungs­fall sind gemäss der Studie systema­tische Abweichungen von bis zu zwanzig Prozent entstanden.

„Das neu entwickelte Korrektur­schema ermöglicht weitaus genauere Messungen und dadurch ein besseres Verständnis der effektiv ablau­fenden Prozesse“, sagt Benjamin Hohermuth von der Versuchs­anstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glazio­logie.

ETHZ / JOL

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