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Zweistoff-Düsen innerer Mischung


Die Zweistoff-Düsen innerer Mischung,  – auch innen mischende Düsen genannt -, stellen eine besondere Bauart der pneumatischen Zerstäuber dar. Bei diesem Düsentyp treffen Druckgas und die zu zerstäubende Flüssigkeit bereits im Inneren der Düse aufeinander.

Die Folge hiervon ist, dass eine Zweiphasen-Strömung ausgebildet wird. Eine Phase wird demzufolge vom Druckgas gebildet, die andere Phase von der zu zerstäubenden Flüssigkeit selbst.

Zweistoff-Düsen innerer Mischung und die Zweiphasen-Strömung.

Eine Besonderheit dieser Strömung ist, dass die Schallgeschwindigkeit in einem Zweiphasengemisch niedriger sein kann als die Schallgeschwindigkeiten der einzelnen Phasen. Die Schallgeschwindigkeit ist gleichbedeutend mit der maximal möglichen Strömungsgeschwindigkeit.

Ein Beispiel hierzu:

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. Je nach Mischungsverhältnis kann die Schallgeschwindigkeit dann auch Werte von kleiner 100 m/s annehmen.

Die physikalische und mathematische Beschreibung von Zweiphasen-Strömungen ist sehr kompliziert.

Zweistoff-Düsen innerer Mischung nutzen unter anderem den Effekt, dass es am Düsenaustritt zu einer Nachzerteilung gröberer Tropfen kommt.

Vorteilhafte Formen der Zweiphasen-Strömung für innen mischende Düsen.

Die Zweiphasen-Strömung 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 nicht scharf voneinander abgegrenzt sind. Vielmehr gehen Sie fließend ineinander über.

Günstig für Zweistoff-Düsen innerer Mischung: die Spritzerströmung.

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.

Die Ringströmung bei Zweistoff-Düsen innerer Mischung.

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 und instationären Sprüh-Zuständen.

Rollwellen als besondere Strömungsform in Zweistoff-Düsen innerer Mischung.

Rollwellen in Sprayflaschen. Nach dem Prinzip der Zweistoff-Düsen innerer Mischung.

Sprayflaschen 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 in der Abbildung schematisch 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.

Vorsicht bei Düsenplatten und verbundenen Zweistoff-Düsen innerer Mischung!

Liegen komplizierte geometrische Düsengeometrien, – wie beispielsweise bei Düsenplatten -, vor, kann es schnell zu Problemen kommen! Stehen einzelne Düsen innerer Mischung miteinander in strömungstechnischer Verbindung, kommt es häufig zu unerwünschten Wechselwirkungen. Das kann soweit gehen, dass einzelne Düsen komplett versagen und nur noch „sprotzen„. Andere hingegen liefern unter Umständen einen mehr oder minder kompakten Strahl. 

Es ist nicht einfach ein solches Problem zu lösen! Hier 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!

Einige Bauarten von Zweistoff-Düsen innerer Mischung.

Es existieren viele Bauarten und Formen der Zweistoff-Düsen innerer Mischung. Jede weist natürlich ganz bestimmte Vor- und Nachteile auf. 

Eine besondere Bauart der Zweistoff-Düsen innerer Mischung ist der Y-Zerstäuber. Dieser wird zum Zerstäuben hoch viskoser Flüssigkeiten genutzt.

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 ist ebenfalls den Zweistoff-Düsen innerer Mischung zuzuordnen. Typische Anwendung in Vergasern.

Die Venturi-Düse zählt ebenfalls zu den Zweistoff-Düsen innerer Mischung.

Sie ist in der Lage nieder viskose Flüsigkeiten selbstständig aus einem Reservoir ansaugen und diese zu zerstäuben. 

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

Warum eine umfassende Beratung erforderlich ist!

Zweistoff-Düsen innerer Mischung sind sicherlich für bestimmte Anwendungen sehr interessant und nützlich. Für andere Problemstellungen aber jedoch vollkommen ungeeignet.

Daher muss in jedem Fall die konkrete Aufgabenstellung eingehend erörtert werden. Die Wahl einer Standard-Düse aus einem Hersteller-Katalog ist besonders bei diesem Düsentyp oftmals sehr kritisch. Und führt zu Problemen! 

Wir beantworten Ihre Fragen zu Zweistoff-Düsen innerer Mischung.

Besprechen Sie bitte unbedingt im Vorfeld mit unseren Ingenieuren die konkrete Aufgabenstellung und lassen Sie sich eingehend beraten.