Der Aufprall von Spraytropfen auf beheizte Oberflächen unter Schwerelosigkeit



Ein Spray, das auf eine beheizte Metalloberfläche auftrifft, erzeugt auf dieser einen dünnen schwankenden Flüssigkeitsfilm. Er weist Wellen, Krater, aufsteigende Filmschichten und Strahlen auf. Die Wärmeübertragung von der beheizten Oberfläche in die Sprayflüssigkeit wird hauptsächlich durch die Strömung im Flüssigkeitsfilm, die Verdampfung und die Wärmeleitung im Metall bestimmt.

Bislang gehen vorläufige theoretische Abschätzungen davon aus, dass die Schwerkraft Einfluss auf den Aufprall eines einzelnen Spraytropfens hat. Was passiert aber in der Realität? Wie beeinflusst die Schwerelosigkeit im Parabelflug die durchschnittliche Dicke des Films und dessen Stabilität? Wie wird dabei der Wärmetransport beeinträchtigt? Diese Grundlagenforschung zielt darauf ab, die Filmstabilität zu untersuchen. Dabei werden sowohl Messungen der Filmdicke als auch der Temperaturverteilung auf einer beheizten Metalloberfläche durchgeführt.

Untersuchungen während der 9. DLR-Parabelflugkampagne haben bereits gezeigt, dass die Schwerkraft einen Einfluss auf die Spraykühlung hat. Unter Schwerelosigkeit ändert sich die Film- und Hydrodynamik sowie die Wärmeübertragung. Des Weiteren wurde durch die Parabelflugexperimente bestätigt, dass die mittlere Flüssigkeitsfilmdicke tendenziell in Schwerelosigkeit zunimmt.

Die 10. DLR-Parabelflugkampagne nutzen die Wissenschaftler, um eine Spraykühlungsexperiments auf einer TEXUS-Höhenforschungsrakete vorzubereiten. Mit einer identischen Metalloberfläche werden mehrere Einzelaspekte des TEXUS-Versuchs getestet.

Allgemeines Ziel der Untersuchungen ist es, die Hydrodynamik und die Wärmeübertragung beim Sprayaufprall auf einer beheizten Oberfläche besser zu verstehen und die computergestützte Modellierung der Spraykühlung zu verbessern. Die wichtigsten Anwendungen der vorgeschlagenen Versuche umfassen die Spraykühlung in der Metallerzeugung, die Kühlung elektronischer Komponenten und das Kühlen menschlicher Gewebe. Außerdem ist Spraykühlung auch in der Raumfahrt-Technologie von großer Bedeutung.


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Prof. Peter Stephan
Technische Universität Darmstadt
, Fachbereich Maschinenbau
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Prof. Dr. Cameron Tropea
Technische Universität Darmstadt
, Fachbereich Maschinenbau
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