Oberflächenspannung 2016-12-19T15:31:23+00:00

Die Oberflächenspannung in der Zerstäubungstechnik

Die Oberflächenspannung σ zählt ebenfalls zu den Stoffdaten einer Flüssigkeiten und spielt in der Düsentechnik eine Rolle. Sie ist zwar für das Durchströmen der Düse beziehungsweise des Zerstäubers selbst nicht von Bedeutung. Der Zerfall eines Flüssigkeitsstrahles oder einer Lamelle wird jedoch von ihr beeinflusst.

Die Oberflächenspannung ist eine Linienkraft.

Die Einheit der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten. IBR Zerstäubungstechnik GmbHBefindet sich beispielsweise ein Wassermolekül im Inneren einer ruhenden und homogenen Menge an Wasser in einem Becherglas, sind die auf dieses Molekül einwirkenden resultierenden Kräfte gleich Null. Die Situation ändert sich, wenn dieses betrachtete Molekül in die Grenzschicht zwischen dem Wasser und der umgebenden Luft gelangt.

Es entsteht ein wirksame und in die Flüssigkeit hineingerichtete Kraft. Vereinfacht kann man sich gedanklich die Oberflächenspannung somit als eine dünne, nur eine Moleküllage starke, Membran vorstellen. Wegen dieser geringen Ausdehnung dieser gedachten Menbran definiert man die Oberflächenspannung σ als sogenannte Linienspannung.

Der Innendruck im Tropfen aufgrund der Oberflächenspannung.

Interessant für die gesamte Düsentechnik und Tropfenbildung in Sprays ist, dass diese Spannung zu einem nennenswerten Innendruck in einem Tropfen führt. Und dieser Innendruck kann beachtliche Werte annehmen!

Innendruck in einem Tropfen aufgrund der OberflächenspannungDieser Innendruck kann leicht berechnen werden. Als zusätzliche Größe geht hierbei der Tropfendurchmesser x in der Einheit ´m´ ein. Das Ergebnis der Berechnung ist der Innendruck in Pa.

Ein Wassertropfen mit einem Durchmesser von 1 µm weist demzufolge einen Innendruck von nahezu 2,9 bar auf! Ein gleich großer Tropfen aus Quecksilber bereits 18,8 bar.

Betrachtet man diese Werte, wird sofort Folgendes deutlich! Das weitere Zerteilen eines kleinen Tropfens, der einen hohen Innendruck aufweist, ist also außerordentlich schwierig. Der Tropfen ist sehr stabil und widersetzt sich einer Deformation beziehungsweise einer Zerteilung. Und genau dieses sekundäre Zerteilen von Tropfen findet in einem turbulenzgeprägten Sprayfeld statt. Dieses ist auch die Ursache dafür, dass technische Düsen und Zerstäuber nur mit sehr großem Aufwand durchgängig extrem feine Tropfen in einem Spray liefern können.

Die Oberflächenspannung darf nicht mit der Grenzflächenspannung verwechselt werden. Die Grenzflächenspannung und der aus ihr resultierende Randwinkel α bestimmen, ob sich eine Flüssigkeit gegenüber einem Feststoff benetztend oder eben nicht benetztend verhält. Dieser Feststoff kann natürlich auch eine Düsenwerkstoff sein!

Allerdings spielt die Frage der Benetzung nur bei den sogenannten quasistatischen Tropfenbildungmechanismen eine nennenswerte Rolle. Näheres hierzu ist der Fachliteratur zu entnehmen. Natürlich beraten unsere Ingenieure Sie auch bei derart speziellen Fragestellungen!

Benetzung und Nicht-Benetzung von Flüssigkeiten gegenüber Feststoffen. 

Die Oberflächenspannung σ ermitteln wir gerne für Sie mit modernen Tensiometern!

Also auch hier erneut ein Beweis für den umfassenden Full-Service in der gesamten Düsentechnik, Rheologie, Spraymesstechnik und Prozessoptimierung.

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