Stoffaustausch und Fluiddynamik am bewegten Einzeltropfen unter dem Einfluss von Marangonikonvektion

Schulze, Kai

Stoffaustausch und Fluiddynamik am bewegten Einzeltropfen unter dem Einfluss von Marangonikonvektion

dc.contributor.advisor	Kraume, Matthias	en
dc.contributor.author	Schulze, Kai	en
dc.contributor.grantor	Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften	en
dc.date.accepted	2007-08-27
dc.date.accessioned	2015-11-20T17:43:08Z
dc.date.available	2007-11-21T12:00:00Z
dc.date.issued	2007-11-21
dc.date.submitted	2007-11-21
dc.description.abstract	Das Ziel der Arbeit bestand in der experimentellen Untersuchung der für Extraktionsprozesse relevanten Stofftransportmechanismen am Einzeltropfen sowie deren mathematischen Beschreibung mit Hilfe eines geeigneten Modells. Zur Lösung der Modellgleichungen kam das kommerzielle CFD Programm STAR-CD zum Einsatz. Der Schwerpunkt der Arbeit richtete sich dabei auf einen aus der Literatur bekannten Effekt, der Marangonikonvektion, welcher auf Grund von Grenzflächenspannungsänderungen eine überlagerte Konvektion der Phasengrenzfläche zwischen dem Tropfen und seiner Umgebung induziert. Experimentelle Untersuchungen in verschiedenen Stoffsystemen zeigten, dass auf Grund von Marangonikonvektion die Relativgeschwindigkeit des Tropfens zu seiner Umgebung beeinflusst wird, die bei genügend großen übergehenden Massenströmen näherungsweise der Geschwindigkeit einer dichtegleichen Kugel mit starrer Phasengrenze entspricht. Weiterhin wurde ein erhöhter Massenstrom der Übergangskomponente im Vergleich zu CFD Modellen ohne Berücksichtigung von Marangonikonvektion gefunden. Die mathematische Implementierung der Marangonikonvektion in das Stoffaustauschmodell resultiert in einer Kopplung zwischen dem Geschwindigkeits- und dem Konzentrationsfeld im Tropfen und seiner Umgebung. Als Ergebnis der numerischen Simulationen in einem zweidimensionalen Gitter konnte einerseits die experimentell gefundene, reduzierte Relativgeschwindigkeit des Partikels zur umgebenden Phase als auch der durch Marangonikonvektion hervorgerufene erhöhte Massenstrom der Übergangskomponente bestätigt werden. Eine weitere Verbesserung der numerischen Beschreibung des Stofftransports am Einzeltropfen ist durch die Berücksichtigung des dreidimensionalen Charakters der Marangonikonvektion sowie der Modellierung des Einflusses von grenzflächenaktiven Substanzen, die in vielen praktisch eingesetzten Stoffsystemen vorkommen, zu erwarten.	de
dc.description.abstract	An experimental and numerical investigation of relevant mass transfer mechanisms on single drops has been carried out in order to describe extraction processes occurring in many industrial applications. The solution of the mathematical model implemented was yielded by using the commercial CFD code STAR-CD. This work focuses on the description of the well-known Marangoni convection effect. A superposed convection at the interface is induced due to changes of the interface tension on the interface between the dispersed and the surrounding bulk phase. Experimental investigations in different systems show the influence of Marangoni convection on the relative velocity between the drop and the surrounding environment. By exceeding a certain mass transfer rate, the drop velocity can be approximated by the movement of a rigid sphere. In addition, an increased mass flux of the transported component can be found in comparison with numerical data obtained by a model not accounting the Marangoni convection. The mathematical implementation of the Marangoni convection in the mass transfer model results in a coupling of the velocity and concentration field. As a result of the numerical simulation using the improved model applied to a two-dimensional grid, the reduction of the drop velocity as well as the increased mass transfer across the interface have been confirmed. However, a further improvement of the model can be achieved by accounting the three–dimensional structure of the Marangoni convection and describing the influence of surface active agents that are present in most industrial processes.	en
dc.identifier.uri	urn:nbn:de:kobv:83-opus-16726
dc.identifier.uri	https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2008
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1711
dc.language	German	en
dc.language.iso	de	en
dc.rights.uri	http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/	en
dc.subject.ddc	620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten	en
dc.subject.other	Einzeltropfen	de
dc.subject.other	Extraktion	de
dc.subject.other	Grenzfläche	de
dc.subject.other	Marangonikonvektion	de
dc.subject.other	Stofftransport	de
dc.subject.other	Extraction	en
dc.subject.other	Interface	en
dc.subject.other	Marangoni convection	en
dc.subject.other	Mass transfer	en
dc.subject.other	Single drop	en
dc.title	Stoffaustausch und Fluiddynamik am bewegten Einzeltropfen unter dem Einfluss von Marangonikonvektion	de
dc.title.translated	Mass Transfer and Fluid Dynamics of Moving Drops under the Influence of Marangoni convection	en
dc.type	Doctoral Thesis	en
dc.type.version	publishedVersion	en
tub.accessrights.dnb	free	*
tub.affiliation	Fak. 3 Prozesswissenschaften::Inst. Prozess- und Verfahrenstechnik	de
tub.affiliation.faculty	Fak. 3 Prozesswissenschaften	de
tub.affiliation.institute	Inst. Prozess- und Verfahrenstechnik	de
tub.identifier.opus3	1672
tub.identifier.opus4	1618
tub.publisher.universityorinstitution	Technische Universität Berlin	en

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