Flüssig-Gas Fluiddynamik in Zentrifugalreaktoren für Raumfahrtanwendungen



Viele biologisch-chemische Prozesse, die in der Raumfahrt angewendet werden, hängen von einer zuverlässigen Mischung und Trennung von Flüssigkeiten und Gasen ab. Dabei wird ein Stoffübergang oder die Lösung eines Gases in einer Flüssigkeit ermöglicht. Beispiele sind unter anderem biologische Experimente oder regenerative Lebenserhaltungssysteme, in denen Bakterienkulturen Luft aufbereiten.

Die technische Ausführung einer Blasensäule, wie sie auf der Erde standardmäßig benutzt wird, ist unter Schwerelosigkeit nicht möglich. Um dennoch eine Blasenströmung in einer Flüssigkeit zu ermöglichen, können Flüssig-Gas-Zentrifugen verwendet werden. Dabei wird das zu dispergierende Gas radial von außen in einen rotierenden Zylinder eingetragen. Die darin enthaltene Flüssigkeit wird durch die Zentrifugalkraft von außen nach innen von dem Gas durchströmt. Im Zentrum der Zentrifuge wird das Gas wieder abgezogen.

Die fluiddynamische Verhaltensweise von solchen Systemen in Schwerelosigkeit ist bisher unbekannt. Für eine optimale Dimensionierung sind aber genaue Kenntnisse über die Größe der Phasengrenzfläche und die Aufenthaltsdauer des Gases nötig.
Ziel ist es die Anwendbarkeit von klassischen Simulations-Tools zur Berechnung von Strömungen auf diesen Grenzfall hin zu testen.

Während des Experiments werden die Blasenaufstiegsgeschwindigkeiten, die Blasengrößenverteilung und der Stofftransport von der Gas- in die Flüssigphase bei verschiedenen Rahmenbedingungen gemessen. Die erhaltenen Werte werden dann mit Simulationsergebnissen korreliert.


Kontakt
Martin Weihreter
Technische Universität Braunschweig

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