Dimensionsanalytik und Ähnlichkeitstheorie als mächtige Tools für eine intelligente Düsentechnik

Intelligente Konzepte in der Düsentechnik durch Tools wie Dimensionsanalytik entwickeln. Bild shock - Fotolia

Düsen und Zerstäuber stehen immer in Wechselwirkung mit verbundenen verfahrens- beziehungsweise produktionstechnischen Prozessabläufen. Daher ist es stets ein großes und fast nicht zu kalkulierendes Risiko, die Düsentechnik losgelöst von den vor- beziehungsweise nachgeschalteten und relevanten Randbedingungen zu betrachten.

Dieses führt natürlich zwangsläufig dazu, dass unter Umständen sehr komplexe Zusammenhänge und komplizierte Wechselwirkungen zu betrachten sind. Hier hilft unsere wissenschaftliche Erfahrung und das praktische Know-howin der Dimensionsanalytik weiter!

Ändert sich beispielsweise die Viskosität einer zu zerstäubenden Flüssigkeit, hat dieses in der Regel ein verändertes Tropfengrößenspektrum zur Folge. Bei bestimmten Düsenbauarten nimmt zudem der Volumenstrom ab oder er steigt an. Hieraus resultiert, dass sich zum Beispiel der gewünschte Beschichtungseffekt verschlechtert oder ein Stoff- und Wärmeübergang nicht mehr zufriedenstellend abläuft.

Die Frage, welche zwangsläufig hieraus resultiert ist, wie man mit einer intelligenten Düsentechnik die Auswirkungen auf die Produktgüte möglichst gering halten kann, wenn Eingangsgrößen einer bestimmten Schwankungsbreite unterliegen.

Möglichkeiten und Grenzen der Steuerung von Düsen mit wissenschaftlichen Methoden der Dimensionsanalytik und Ähnlichkeitstheorie ermitteln.

Das grundlegende Problem bei komplizierten und miteinander wechselwirkenden Prozessen ist, dass eine Zielgröße, das kann beispielsweise ein Volumenstrom oder ein Druckverlust sein, von vielen Einflussgrößen abhängt. Ändert sich nur eine einzige Einflussgröße, wird dieses Einfluss auf die Zielgröße nehmen.

Es ist weder praktikabel noch sinnvoll, für einen näher zu untersuchenden Vorgang nun willkürlich nacheinander alle in Betracht kommenden Einflussgrößen zu variieren und das Ergebnis in Bezug auf die Zielgröße zu untersuchen. Zum einen wäre damit ein enorm hoher Aufwand verbunden, zum anderen erhielt man eine Vielzahl an Messergebnissen, welche kaum zu interpretieren wären.

In diesem Fall bietet sich die Dimensionsanalytik an!

Das klassische Beispiel der Dimensionsanalytik ist das Rohrreibungsdiagramm. Bild gemeinfrei, Wikipedia - Zitronenpresse

 

Ein gelungenes und allgemein bekanntes Beispiel  für die Anwendung der Dimensionsanalytik stellt das sogenannte Rohrreibungs- oder Nikuradse-Diagramm dar.

Mit diesem Diagramm, welches lediglich drei dimensionslose Kennzahlen aufweist, kann der Druckverlust bei der Rohrdurchströmung berechnet werden. Und dieses, obwohl eine Vielzahl von Einflussgrößen eine wichtige Rolle spielen.  

Gleichgültig, ob Wasser, Öl oder ein Gas gefördert wird!

Wie in der gesamten Strömungsmechanik üblich, bietet es sich natürlich auch im Bereich der intelligenten Düsentechnik an, Zerstäubungsprozesse und deren Auswirkung auf einen bestimmten verfahrenstechnischen Prozess mit der Dimensionsanalytik und ähnlichkeitstheoretischen Methoden zu betrachten.

Selbstverständlich ist es nicht trivial, die sogenannten relevanten Einflussgrößen und daraus resultierend die maßgeblichen dimensionslosen Kennzahlen herzuleiten. Hierzu bedarf es einer gewissen Erfahrung und dem grundlegenden Verständnis beteiligter physikalischer oder chemischer Zusammenhänge.

Gerade in diesem Bereich kann die IBR Zerstäubungstechnik GmbH eine Dienstleistung offerieren, die sonst wohl kaum noch zu finden ist.

Sowohl Prof. Dr. Wozniak als auch der Geschäftsführer des Unternehmens, Thomas Richter, lehrten bzw. lehren derzeit an namhaften Universitäten und technischen Fachhochschulen die Dimensionsanalytik und Ähnlichkeitstheorie.

Dimensionsanalytische Methoden für viele Anwendungsfälle in der Verfahrenstechnik.

Die Dimensionsanalytik und Ähnlichkeitsteorie ist selbstverständlich nicht nur auf Rohrströmungen oder Zerstäubungsprozesse beschränkt! Es existieren viele Anwendungsbereiche, die sich mit dieser Methode individuell, flexibel und kostengünstig untersuchen lassen. Stellvertretend seien hier Rühr- und Mischprozesse sowie Stoff- und Wärmeübergangsphänomene genannt.

Mit ähnlichkeitstheoretischen Methoden können Versuchsreihen besonders effizient konzipiert und kostengünstig durchgeführt werden.

Genau diese Methoden setzt die IBR Zerstäubungstechnik GmbH zur Lösung komplexer und wechselwirkender Vorgänge ein. Besonders interessant ist in diesem Zusammenhang, dass hierzu auf eine spezielle Software zurückgegriffen wird, die sowohl das Ermitteln der dimensionslosen Kennzahlen als auch das Berechnen funktionaler Zusammenhänge gestattet.

Auf der Basis dieser Daten lassen sich somit sehr aussagekräftige Kennfelder für Düsen erstellen.  Ein enormer Vorteil, wenn es darum geht technisch sinnvolle Grenzen zu erkennen oder flexibel auf wechselnde Betriebsbedingungen zu reagieren. 

Nehmen Sie jetzt Kontakt zu unseren Experten auf! Umfassend und kompetent beraten wir Sie über die Möglichkeiten zur Lösung Ihrer komplexen Fragestellung.