Die Dichte von Flüssigkeiten und Gasen

Sowohl Gase als auch Flüssigkeiten weisen naturgemäß eine Dichte ρ auf. Hierbei handelt es sich also ebenfalls um eine spezifische Stoffgröße. Die Dichte von Flüssigkeiten ist in erster Linie von der Fluidtemperatur abhängig. Der Flüssigkeitsdruck spielt hierbei nur eine untergeordnete Rolle.

Für Gase trifft dieses nicht zu! Hier ist neben der Temperatur grundsätzlich immer der Druck Δp zu berücksichtigen, da Gase kompressibel sind..

Die Dichte der Flüssigkeit als begrenzende Größe für die Strömungsgeschwindigkeit und den Volumenstrom an Düsen.

Die Flüssigkeitsdichte ρ ist besonders für Einstoff-Druckdüsen von Bedeutung. Dieses hängt damit zusammen, dass bei diesen Düsenbauarten eine Druckdifferenz Δp genutzt wird, um die Flüssigkeit mit einer erforderlichen Geschwindigkeit v aus der Düsenmündung austreten zu lassen.

Maximale Strömungsgeschwindigkeit als Funktion Druck und Dichte an einer Düse bei reibungsfreier Strömung. IBR Zerstäubungstechnik GmbHDiese Geschwindigkeit selbst  wiederum ist relevant für den Zerfall eines Flüssigkeitsstrahls oder einer Lamelle zu Tropfen. Die maximale Strömungsgeschwindigkeit vmax lässt sich für den reibunsgfreien Fall leicht berechnen.

Reibungsfrei bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Viskosität der Flüssigkeit keine Rolle spielen soll. Insofern handelt es sich hierbei also um eine Grenzwert-Abschätzung und eine theoretische Betrachtung. In der Realität ist die Strömungsgeschwindigkeit geringer als diejenige, welche nach oben stehender Formel berechnet wird. Und somit selbstverständlich auch der real austretende Volumenstrom bei einer vorgegebenen Druckdifferenz Dp.

Diese „Reibungsverluste“ hängen einerseits vom Betrag der Reynolds-Zahl ab, andererseits von der geometrischen Ausgestaltung der Düse selbst. Es liegt auf der Hand, dass zusätzliche Flüssigkeitsumlenkungen innerhalb der Einstoff-Druckdüse oder installierte Turbulenzkörper einen zusätzlichen Druckverlust verursachen. Derartige strömungstechnische Einbauten können natürlich dafür sorgen, dass der austretende Volumenstrom deutlich geringer ist als nach der reibungsfreien Theorie berechnet. Gleichzeitig fördern sie jedoch das Aufbrechen von Flüssigkeitsstrahlen und sorgen somit in der Regel für eine feinere Zerstäubung.

Tipp: Berechnen Sie die maximale Ausströmgeschwindigkeit und den maximalen Volumenstrom an Einstoff-Druckdüsen online!

 

TIPP: Mit dem Online-Rechner für Einstoff-Druckdüsen der IBR Zerstäubungstechnik GmbH  können Sie schnell die maximalen Austrittsgeschwindigkeiten und Volumenströme an Einstoff-Druckdüsen berechnen! 


Ein Berechnungsbeispiel:

Wasser mit einer Dichte von ρ = 998 kg/m3 steht unter einem Differenzdruck von 5 bar und strömt aus einer Düsenmündung aus. Die maximale Strömungsgeschwindigkeit beträgt dann:

Maximale Strömungsgeschwindigkeit von Wasser als Funktion der Dichte bei einem Druck von 5 bar. IBR Zerstäubungstechnik GmbH


Die Dichte von Luft und Gasen.

Dichte von GasenDie Dichte von Gasen kann in guter Näherung mit nebenstehender Formel berechnet werden. M ist die molare Masse, R die universelle Gaskonstante und T die Temperatur in Kelvin. Die Dichte von Gasen ist deutlich geringer als die Dichte von Flüssigkeiten.

Hieraus resultiert, dass die Strömungsgeschwindigkeit von Gasen bereits bei relativ geringen Druckdifferenzen hohe Werte annimmt! Dieser Effekt wird von Zweistoff-Düsen genutzt! So erreicht zum Beispiel die Strömungsgeschwindigkeit von Luft bei einer Gasdruckdifferenz von etwas mehr als einem bar bereits Schallgeschwindigkeit!

Um derart hohe Geschwindigkeiten bei einer Flüssigkeit mit der nahezu 1000-fachen Dichte wie der von Luft zu erzielen, wären extrem hohe Druckdifferenzen erforderlich. 

Selbstverständlich bestimmen wir bei Bedarf nicht nur die Dichte ρ Ihrer zu zerstäubenden Flüssigkeit, sondern ebenso die Oberflächenspannung σ und Viskosität η in unserem Rheologie-Labor!