mod_eprivacy

Wechselwirkung zwischen einem aufprallenden Tropfen und einer beheizten Oberfläche bei hohem Umgebungsdruck

Beschreibung

In diesem Teilprojekt soll der Tropfenaufprall auf Wände bei hohen Wandtemperaturen und hohen Umgebungsdrücken untersucht werden. Diese Bedingungen findet man in technischen Anwendungen bei Verbrennungsmotoren oder Gasturbinenbrennkammern, wo der Einzeltropfenaufprall ein wichtiger Bestandteil der Spray/Wand Interaktion ist. In der Beschreibung und Modellierung von Sprayaufprall unter diesen extremen Bedingungen ist daher das Verständnis des Tropfenaufpralls ein notwendiger Schritt.

Der Umgebungsdruck hat offensichtlich einen erheblichen Einfluss auf die Verdampfungsgeschwindigkeit und Sättigungstemperatur eines einfallenden Tropfens. Er kann die Leidenfrost-Temperatur beeinflussen sowie die Beschleunigung des Tropfens senkrecht zur Wand und dadurch die Parameter des Sekundärtropfenzerfalls. Bis heute existiert in der Literatur noch keine systematische oder umfassende Beschreibung des Druckeinflusses auf den Tropfenaufprall.

In diesem Teilprojekt sind Experimente vorgesehen, in denen Einzeltropfen mit Hilfe eines Tropfengenerators innerhalb einer Druckkammer erzeugt werden. Die Tropfen fallen unter Schwerkraft auf ein beheiztes Ziel. Dieser Vorgang soll mit einem Hochgeschwindigkeits- Visualisierungssystem aufgenommen werden. Gleichzeitig wird die Dicke der Dampfschicht zwischen Aufprallplatte und Tropfen mit Hilfe eines Fernfeld-Mikroskops gemessen. Diese hochauflösende Visualisierung ist auch für die Messung von Kontaktwinkeln geeignet, falls ein Kontakt zwischen Tropfen und Wand statt findet. Die entstehenden Sekundärtropfen sollen außerdem unter Zuhilfenahme entweder eines Phasen-Dopplers oder eines Interferometric-Particle-Imaging (IPI) Messgerätes erfasst werden.

Der Fokus des experimentellen Teils der Untersuchungen liegt auf der Auswirkung des Umgebungsdruckes (sowie auch auf einigen anderen Faktoren wie Aufprallparameter, Eigenschaften der Flüssigkeit und das Ziel, usw..), auf Zerfallgrenze, Leidenfrost-Temperatur, dynamische Kontaktwinkel, Ergebnisse des Tropfenaufpralls und die Parameter des Sekundärsprays.

Der theoretische Teil der Studie befasst sich mit einer analytischen Beschreibung der Strömung, innerhalb der sich ausbreitenden Tropfen und in der Dampfschicht sowie einer Beschreibung der Stabilität dieser Schicht. Diese Analyse erlaubt eine Bestimmung der zu erwartenden Sekundärtropfengröße und -geschwindigkeit. Das langfristige Ziel des Projektes ist es, ein komplettes analytisches Model des Tropfenaufpralls unter extremen Druckbedingungen und unter Berücksichtigung eines Phasenwechsels zu entwickeln, einschließlich einer analytischen Beschreibung der Tropfenvereisung, Tropfenverbreitung im elektrischen Feld und auch mit dynamischem Kontaktwinkel. Das entwickelte Model wird in einen numerischen Code implementiert. Daher ist das Teilprojekt mit mehreren Teilprojekten des SFB-TRR 75 eng vernetzt.

Team

Prof. Dr.-Ing. habil. Cameron Tropea

Prof. Dr.-Ing. habil. Cameron Tropea

Vorstand | Leiter Projektbereich C | TP-Leiter C3/C4 Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein! +49 6151 16-22175
PD Dr.-Ing. habil. Ilia Roisman

PD Dr.-Ing. habil. Ilia Roisman

TP-Leiter C4 Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein! +49 6151 16-22173
Johannes Benedikt Schmidt, M.Sc.

Johannes Benedikt Schmidt, M.Sc.

C4 Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein! +49 6151 16-22192
7475203

Publikationen

2017

Breitenbach, J., Roisman, I. V. and Tropea, C.:
Drop collision with a hot, dry solid substrate: Heat transfer during nucleate boiling.
Phys. Rev. Fluids 2: 074301, (2017).
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevFluids.2.074301

Breitenbach, J., Roisman, I.V. and Tropea, C.:
Thermal atomization of an impacting drop onto a hot substrate: Characterization of secondary droplets.
International Conference in Aerospace for Young Scientists, Beijing, China, (2017).

Roisman, I.V., Breitenbach, J.and Tropea, C.:
Thermal atomisation of a liquid drop after impact onto a hot substrate, caused by thermal dewetting and disintegration of a levitated lamella.
Journal of Fluid Mechanics, (submitted to JFM June 2017).

Kissing, J.:
Experimentelle Untersuchung der Eigenschaften von Sekundärtropfen beim Aufprall eines Tropfen auf eine beheizte Oberfläche.
Technische Universität Darmstadt, Masterarbeit, (2017).

Reitter, L., Liu, M., Breitenbach, J., Huang, K.-L., Bothe, D., Brenn G., Pan, K.-L, Roisman, I.V. and Tropea, C.:
Experimental and computational investigation of binary drop collisions under elevated ambient pressure.
28th Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, ILASS–Europe, Valencia, Spain, September, (2017).

Breitenbach, J., Roisman, I.V. and Tropea, C.:
Single drop impact and spray cooling in the film boiling regime.
9th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, Iguazu Falls, Brazil, June, (2017).

Roisman, I.V., Breitenbach, J. and Tropea, C.:
Drop impact onto a hot, dry solid substrate: heat transfer during nucleate boiling.
9th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, Iguazu Falls, Brazil, June, (2017).

Breitenbach, J., Roisman, I.V., and Tropea, C:
Water drop impact onto a hot surface: heat transfer in the nucleate boiling regime.
29th Annual Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, ILASS-Americas, Atlanta, USA, May, (2017)

Schremb, M., Borchert, S., Berberovic, E., Jakirlica, S., Roisman, Ilia V., and Tropea, C.:
Computational modelling of flow and conjugate heat transfer of a drop impacting onto cold wall.
Int. J. Heat Mass Transf. 109: 971-980, (2017).
http://dx.doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.02.073

Breitenbach, J., Roisman, I. V. and Tropea, C.:
Heat transfer in the film boiling regime: Single drop impact and spray cooling.
Int. J. Heat Mass Transf. 110: 34-42, (2017).
http://dx.doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.03.004

Batzdorf, S., Breitenbach, J., Schlawitschek, C., Roisman, I. V., Tropea, C., Stephan, P., and Gambaryan-Roisman, T.:
Heat transfer during multiple drop impacts onto a hot solid substrate.
Int. J. Heat Mass Transf. 113: 898-907, (2017).
https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.05.091

Yarin, A.L, Roisman, I.V., Tropea, C.:
Collision Phenomena in Liquids and Solids,
Cambridge University Press, Cambridge, UK, ISBN-13: 978-1107147904, (2017).
https://doi.org/10.1017/9781316556580

2016

Breitenbach, J., Roisman, I.V., and Tropea, C:
Drop Impact on Hot Surfaces: Effect of Surface Morphology (Poster).
30th Conference of The European Colloid and Interface Society, Rome, Italy, September, (2016).

Breitenbach, J., Roisman, I.V., and Tropea, C:
Phenomena of Drop Impact on Hot Surfaces.
9th International Conference on Multiphase Flow - ICMF 2016, Firenze, Italy, May, (2016).

Reitter, L.:
Entwicklung eines Prüfstands zur Untersuchung der binären Tropfenkollision unter erhöhtem und reduziertem Umgebungsdruck.
Technische Universität Darmstadt, Bachelorarbeit, (2016).

2015

Breitenbach, J., Roisman, I.V., Tropea, C:
Phenomena of Drop Impact on Hot Surfaces;
Proc. of 13th Triennial International Conference on Liquid Atomization and Spray Systems – ICLASS 2015, Tainan, Taiwan, August, (2015).

Breitenbach, J., Roisman, I.V., Tropea, C:
Phenomena of drop impact on hot surfaces: Pure Newtonian liquids (Poster).
6th International Workshop on Bubble and Drop Interfaces, Potsdam, Germany, July, (2015).

Breitenbach, J., Roisman, I.V., Tropea, C:
Phenomena of Drop Impact on Hot Surfaces: Pure Newtonian liquids and emulsions (Poster).
Conference of the International Association of Colloid and Interface Scientists, Mainz, Germany, May, (2015).

2014

Buchmüller, I:
Influence of pressure on Leidenfrost effect
Ph.D. thesis, TU Darmstadt, Darmstadt (2014)

2013

Dawi A. H., Buchmüller, I, Herbert S., Roisman, I. V., Gambaryan-Roisman, T., Stephan, P. Tropea, C.
Investigation of drop impact onto heated surfaces under high ambient pressure
25th European Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Chania Crete, Greece (2013)

Roth, N., Mercadé, C., Gomaa, H., Focke, C., Bothe,D., Roisman, I. V., Weigand, B.
Collision of droplets: experimental, analytical and numerical approach
25th European Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Chania Crete, Greece (2013)

2012

Buchmüller, I.; Roisman, I. V.; Tropea, C.
Influence of Elevated Pressure on Impingement of a Droplet Upon a Hot Surface.
Proceedings of the ICLASS 2012, Heidelberg, 2012

Schäfer, T.
Experimentelle Untersuchung des Leidenfrost-Effektes beim Aufprall von Einzeltropfen auf heiße Oberflächen unter erhöhtem Umgebungsdruck.
Bachelorarbeit, TU Darmstadt, 2012

Roisman, I. V., Planchette, C., Lorenceau, E., Brenn, G.
Binary collisions of drops of immiscible liquids
J. Fluid. Mech. 690 (2012), 512-535

2011

Marengo, M.; Antonini, C.; Roisman, I. V.; Tropea, C.
Drop collisions with simple and complex surfaces.
Current Opinion in Colloid and Interface Science, 16(4), 292-302, 2011

Weickgenannt, C. M.; Zhang, Y.; Lembach, A. N.; Roisman, I. V.; Gambaryan-Roisman, T.; Tropea, C.
Non-Isothermal drop impact and evaporation on polymer nanofiber mats.
Phys. Rev. E, 2011

Weickgenannt, C. M.; Zhang, Y.; Sinha-Ray, S.; Roisman, I. V.; Gambaryan-Roisman, T.; Tropea, C.
Inverse-Leidenfrost phenomenon on nanofiber mats on hot surfaces.
Phys. Rev. E, 2011

Criscione, A., Röhrig, R., Roisman, I.V., Jakirlic, S., Tropea, C.
Numerical investigation of impacting water drops in air cross-flow
4th European Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Estoril, Portugal, 2011

2010 und früher

Roisman, I. V.
Fast forced film spreading on a substrate: flow, heat transfer and phase transition
J. Fluid. Mech. 656 (2010), 189

Roisman, I. V., Horvat, K., Tropea, C.:
Spray impact: Rim transverse instability initiating fingering and splash, and description of a secondary spray.
Phys. Fluids 18: 102104, 2006.

Sonntag, August 25, 2019