Desintegration von Fluiden im Ultraschallfeld: Modellierung, Simulation, Experiment
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| Published: |
Aachen
Shaker
2002
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|---|---|
| adam_text | Titel: Desintegration von Fluiden im Ultraschallfeld
Autor: Reipschläger, Oliver
Jahr: 2002
I
Inhaltsverzeichnis
Notation V
1 Einleitung 1
1.1 Problemstellung 2
1.2 Stand des Wissens 3
1.3 Ziel der Arbeit 4
2 Theoretische Grundlagen 7
2.1 Bilanzierung von Zweiphasenströmungen 7
2.1.1 Grenzflächenspannung 7
2.1.2 Integrale Bilanzen 8
2.1.3 Differentielle Bilanzen 13
2.1.4 Sprungbedingungen 15
2.2 Grundlagen der Schallausbreitung 17
2.3 Ebene Schallwellen kleiner Amplitude 20
3 Experimentelle Untersuchungen 21
3.1 Oberblick 21
3.2 Kontinuierliche Ultraschall-Zerstäubung 21
3.2.1 Experimenteller Aufbau 21
3.2.2 Interferometrische Untersuchungen 23
3.2.3 Untersuchung der Strangzerstäubung 25
3.3 Ultraschall-Levitation 28
II
3.3.1 Experimenteller Aufbau 28
3.3.2 Mechanismen der Einzeltropfenzerstäubung 30
3.3.3 Quantifizierende Experimente 32
4 Numerische Verfahren 35
4.1 Anforderungen an das numerische Verfahren 35
4.2 Wahl des numerischen Verfahrens 36
4.3 Abfolge der Simulation 39
4.4 Verfahren zur Simulation des Ultraschallfelds 41
4.5 Verfahren zur Simulation der freien Grenzfläche 45
4.5.1 Das VOF-Modell 45
4.5.2 Grenzflächenspannung 46
4.5.3 Numerische Implementierung der Grenzflächenkraft 48
4.5.4 Fehler bei der Simulation der Grenzflächendynamik 49
4.6 Kopplung der numerischen Verfahren 51
4.6.1 Modellierung der Grenzflächenquellterme 51
4.6.2 Numerische Implementierung der Grenzflächenquellterme 52
4.6.3 Ansatz zur Berücksichtigung von Rückwirkungen 55
5 Simulation 59
5.1 Simulation von Ultraschallfeldern 59
5.1.1 Frei strahlender planarer Schwinger
5.1.2 Resonatoren planarer Geometrie
5.1.3 Resonatoren konkaver Geometrie 6°
III
5.1.4 Variation geometrischer Faktoren 67
5.2 Simulation des Desintegrationsprozesses 70
5.2.1 Simulation von Einzeltropfen im Ultraschallfeld 70
5.2.2 Einfluss von Rückwirkungen der Tropfen auf das Schallfeld 74
5.2.3 Simulation der Strangzerstäubung 79
5.2.4 Variation stofflicher Eigenschaften 83
6 Zusammenfassung und Ausblick 87
A Mathematischer Anhang 90
A.l Gaußscher Integralsatz 90
A.2 Stokesscher Integralsatz 90
A.3 Leibniz-Regel 90
A.4 Diracsche Deltafunktion 91
Literatur 92
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