Trennung von Gasblasen aus einer Flüssigkeit in Schwerelosigkeit

Eine Phasentrennungskammer ist ein Apparat, mit dem unter Schwerelosigkeit Gasblasen von einer Flüssigkeit abgeschieden werden können. Unter normaler Erdschwerkraft lässt sich diese Abscheidung oder Phasentrennung immer leicht erreichen. Grund hierfür ist der Dichteunterschied zwischen Flüssigkeit und Gasblasen. Er erzeugt einen Auftriebt, der die Gasblasen stets aufsteigen lässt.

Diesen Effekt kann man zum Beispiel in jedem kohlensäurehaltigen Mineralwasser beobachten. An der Flüssigkeitsoberfläche verbinden sich die Blasen mit der Umgebungsluft, und zurück bleibt die gasfreie Flüssigkeit. Unter Schwerelosigkeit dagegen fehlt der Auftrieb, und somit existieren keine gerichteten Kräfte, die Gasblasen an die Flüssigkeitsoberfläche treiben könnten. Die Phasentrennung muss daher durch eine geeignete Führung der Gas-Flüssigkeitsströmung oder das Einbringen von Sieben erreicht werden.

Die hier untersuchte Phasentrennungskammer beinhaltet eine neuartige Anordnung von so genannten Leitblechen. Diese Bleche sind sternförmig um eine zentrale größere Hauptgasblase gruppiert und an den Enden durch ein Sieb abgedeckt. Die Leitbleche bilden Kanäle, die von dem Gas-Flüssigkeits-Gemisch durchströmt werden. Die Phasentrennung entsteht am Sieb. An ihm werden die Gasblasen zurückgehalten und von der größeren Hauptgasblase aufgenommen. Die Experimente sollen Aufschluss darüber geben, ob sich die Hauptgasblase hinreichend genau positionieren und beeinflussen lässt und in welchem Maß das Sieb das Gas zurückhalten kann.

Die Phasentrennungskammer soll im Rahmen des CCF-Experiments an Bord der Internationalen Raumstation ISS eingesetzt werden. Das Experiment CCF (Critical Velocities in Open Capillary Channel Flows) befasst sich mit den Stabilitätsgrenzen von Flüssigkeitsströmungen in offenen Kanälen unter Schwerelosigkeit. Wird in solchen Kanälen eine bestimmte, kritische Geschwindigkeit überschritten, kollabieren die Oberflächen, und Gasblasen brechen über die Flüssigkeitsoberfläche in die Strömung ein. Die Phasentrennungskammer als integraler Bestandteil des Experimentes soll die Rückgewinnung der Gasblasen sicherstellen, damit das Experiment stets unter den gleichen definierten Bedingungen betrieben werden kann.