Zweistoff-Düsen innerer Mischung 2017-05-01T14:41:19+00:00

Eine besondere Bauart: Zweistoff-Düsen innerer Mischung

Wie der Name bereits sagt, werden bei dieser speziellen Bauart der Zweistoff-Düsen innerer Mischung das Druckgas und die zu zerstäubende Flüssigkeit bereits im Inneren der Düse zusammen geführt. Die Folge hiervon ist, dass eine sogenannte zweiphasige Strömung ausgebildet wird. Eine Phase wird demzufolge vom Druckgas gebildet, die andere Phase von der zu zerstäubenden Flüssigkeit selbst.

Die besondere Bedeutung der Zweiphasenrohrströmung für die Zweistoff-Düsen innerer Mischung.

Eine Besonderheit der zweiphasigen Strömung, streng genommen der zweiphasigen Düsenströmung, besteht darin, dass die Schallgeschwindigkeit bei einem Zweiphasengemisch niedriger sein kann als die Schallgeschwindigkeiten der einzelnen, also reinen, Phasen. Die Schallgeschwindigkeit ist gleichbedeutend mit der maximal möglichen Strömungsgeschwindigkeit, sofern bei kompressiblen Fluiden keine Laval-Strömung vorherrscht.

Die Schallgeschwindigkeit von Luft bei einer Temperatur von 20o C beträgt etwa 343 m/s, die von Wasser etwa 1480 m/s. Liegt die beschriebene Zweiphasenströmung vor, kann die Schallgeschwindigkeit auf deutlich kleinere Werte als 343 m/s sinken.    

Am Austritt der Düse kommt es infolge einer Nachbeschleunigung zum Zerteilen gröberer Tropfen. Dieser Vorgang ist aus strömungstechnischer und physikalischer Sicht sehr komplex. Daher sei hier auf die spezielle Fachliteratur verwiesen. 

Die Spritzerströmung, eine spezielle Strömungsform der Zweisphasenströmung, ist bedeutsam für die Zweitsoff-Düsen innerer Mischung. Bild: IBR Zerstäubungstechnik GmbHDas Zweiphasengemisch kann verschiedene Strömungszustände annehmen. Die sich jeweils ausbildende Strömungsform hängt von dem Massenstromverhältnis µ zwischen Druckgas und Flüssigkeit ab, von der Geometrie des Rohres, von den rheologischen Eigenschaften usw. Insgesamt ist es sehr schwierig, die einzelnen Gebiete gegeneinander abzugrenzen. Zumal diese Gebiete nicht scharf voneinander abgegrenzt sind. Vielmehr gehen Sie sukzessive ineinander über.

Für den Bereich der Zerstäubungstechnik, und somit für die Zweistoff- Düsen innerer Mischung, sind die beiden hier schematisch gezeigten Strömungszustände von besonderer Bedeutung. Ein besonderes Know-how ist in jedem Fall erforderlich, wenn sich im Strömungsweg der Zweisphasenströmung Einbauten, Verteilungen oder Umlenkungen befinden. Ebenso ist die Aufteilung einer zweiphasigen Strömung auf mehrere Düsenaustrittsöffnungen (Düsenplatten etc.) keinesfalls trivial. Bei einer nicht optimalen Strömungsführung kommt es hier sehr schnell zu nicht beherrschbaren instationären Sprüh-Zuständen.

Die Ringströmung stellt eine besondere Form der Zweiphasenströmung dar. Bild: IBR Zerstäubungstechnik GmbHDie hier gezeigten Strömungsformen der Zweiphasenströmung liefern in der Regel sehr feine Tropfengrößenverteilungen. Es ist allerdings keinesfalls einfach, diese Strömungsformen innerhalb der Zweistoff-Düse innerer Mischung stabil zu etablieren.

Liegen besonders komplizierte geometrische Düsengeometrien, – wie beispielsweise bei Düsenplatten -, vor, kommen gegebenenfalls zusätzlich numerische Strömungsberechnungen, CFD, und/oder ähnlichkeitstheoretische Methoden zur Auslegung und Optimierung in Betracht. Besonders in diesem Bereich verfügt das Team der IBR Zerstäubungstechnik GmbH über eine weitreichende und wissenschaftlich fundierte Expertise!

Rollwellen als besondere Strömungsform in Zweistoff-Düsen innerer Mischung.

Rollwellen als spezielle Form der Zweisphasenströmung kommen beispielsweise in Zweistoff-Düsen innerer Mischung vor. Typisches Beispiel hierfür sind Steigrohre in Treibgasflaschen zur Sprayerzeugung. Bild: IBR Zerstäubungstechnik GmbHSprayflaschen mit Treibgasen verfügen üblicherweise über ein Steigrohr. Öffnet man das Sprühventil, geht das in der Flüssigkeit gelöste Gas in die Gasphase über. Das Gas strömt über durch das Steigrohr und reißt Flüssigkeit mit. Aus diesem Flüssigkeitsfilm lösen sich sehr feine Tropfen ab. Das Prinzip ist schematisch nachfolgend dargestellt.

Hierbei entstehen je nach rheologischen Eigenschaften und Mischungsverhältnissen sehr feine Tropfen. Meistens sind Sprayflaschen zudem mit separaten Düsen bestückt. Diese dienen jedoch in erster Linie nicht der primären Zerstäubung, sondern vielmehr der Formung der Spraykontur.

Bauarten von Zweistoff-Düsen oder pneumatische Zerstäuber innerer Mischung.

Es existieren viele verschieden Bauarten von Zweistoff-Düsen mit innerer Mischung.

Der sogenannte Y-Zerstäuber als besondere Bauart der Zweistoff-Düsen innerer Mischung. Bild: IBR Zerstäubungstechnik GmbH

So beispielsweise der sogenannte „Y-Zerstäuber“. Diese spezielle Bauart der Düse wird genutzt, um hoch viskose Flüssigkeiten zu zerstäuben. Beispielsweise zum Vernebeln von Schweröl. 

Betrieben wird der Y-Zerstäuber oft mit Dampf. Aufgrund der intensiven Durchmischung zwischen Dampf und Schweröl kommt es zu einem intensiven Wärmeaustausch. Somit kann die Viskosität des Schweröls reduziert werden. Dieses wiederum begünstigt den Zerstäubungsprozess und führt zur Ausbildung feinerer Tropfen im Spray.


Die Venturi-Düse: Ein spezielle Bauform der Zweistoffdüsen innerer Mischung.

Die bekannte Venturi-Düse zählt ebenfalls zu den Zweistoff-Düsen innerer Mischung. Sie kann nieder viskose Flüsigkeiten selbstständig aus einem Reservoir ansaugen und zerstäuben. 

Bekannt ist dieses Zerstäubungsprinzip beispielsweise aus Anwendungen in Vergasern für Kraftstoffe.

 


Die Vielzahl an verschiedenen Bauarten, hier sind nur einige Wenige gezeigt, als auch die komplexen strömungs- sowie zerstäubungstechnischen Phänomene macht es sehr schwierig, die geeignete Zweistoff-Düse innerer Mischung auszuwählen. In jedem Fall müssen sämtliche relevanten Betriebsbedingungen und die rheologischen Eigenschaften der zu zerstäubenden Flüssigkeiten bekannt sein.

Selbstverständlich berücksichtigen wir alle Einflussgrößen, die für die Wahl und Auslegung einer Zweistoff-Düse innerer Mischung von Bedeutung sind. 

Zweistoff-Düsen innerer Mischung - Experten der IBR Zerstäubungstechnik GmbH beraten Sie!Wie die kurz umrissenen und nicht vollständigen Ausführungen zeigen, sind Zweistoff-Düsen innerer Mischung aus strömungs- und zerstäubungstechnischen Gesichtspunkten relativ kompliziert.

Daher sprechen Sie bitte unbedingt im Vorfeld mit unseren Ingenieuren und lassen Sie sich eingehend beraten.