Zerstäubungsprozesse (Spray)

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Manuel Reddemann

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Zerstäubungsprozesse kommen immer dann zum Einsatz, wenn Flüssigkeiten schnell verdunsten, effizient verbrennen oder gleichmäßig auf eine Oberfläche aufgetragen werden sollen. Sie sind unverzichtbar zur Realisierung und Optimierung vielfältiger technischer Anwendungen (u. a. Direkteinspritzung in Verbrennungsmotoren, Abgasnachbehandlung mit Harnstofflösungen, Medizinische Sprays, Nanomaterialsynthese, Luftbefeuchter, Trocknungsanlagen, Turbinen, Tintenstrahldrucker, Lackierung). Dabei tritt Flüssigkeit aufgrund einer treibenden Druckdifferenz durch eine geeignete Düse in eine gasförmige Umgebung ein und zerfällt in Ligamente und Tropfen mit hohem Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis, die direkt oder indirekt miteinander und der Umgebung interagieren. Solche sogenannten Sprühstrahlen erlauben eine signifikante Steigerung der für die jeweilige Anwendung notwendigen Impuls-, Wärme- und Stoffaustauschvorgänge. Der Komplexität und Relevanz von Sprühstrahlen wird am WSA durch eine eigene Forschungsgruppe „Zerstäubungsprozesse“ Rechnung getragen. Sie widmet sich der wissenschaftlichen Analyse von Teilprozessen und physikalischen Mechanismen, die zur Entstehung und Ausbreitung von Sprühstrahlen führen.

Wir behandeln unterschiedliche industriell und öffentlich geförderte Projekte auf dem Gebiet der Zerstäubung. Die wissenschaftlichen Fragestellungen sind vielfältig. Beispielweise untersuchen wir den Einfluss von Kraftstoffeigenschaften auf die Ausbildung motorischer Sprühstrahlen im Kontext der Energiewende oder auch die Wechselwirkung von Stammzellen und Zerstäubungsprozessen im Rahmen der regenerativen Medizin. Unabhängig von der Anwendung liegt der Fokus der Arbeiten auf einer möglichst umfassenden laseroptischen und numerischen Charakterisierung der Sprayprozesse: Düseninnenströmung, düsennahe Zerstäubung, Ausbreitung und Verdunstung (Gemischbildung), sowie Spray-Wandfilm-Interaktion. Dazu werden unterschiedliche komplementäre Methoden genutzt, die eine Analyse auf makroskopischer und mikroskopischer Ebene erlauben.

 

Phänomene und Methoden