DE1542093C3 - Verfahren zur periodischen Erzeugung kleiner Flüssigkeitströpfchen - Google Patents

Verfahren zur periodischen Erzeugung kleiner Flüssigkeitströpfchen

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DE1542093C3 DE19661542093 DE1542093A DE1542093C3 DE 1542093 C3 DE1542093 C3 DE 1542093C3 DE 19661542093 DE19661542093 DE 19661542093 DE 1542093 A DE1542093 A DE 1542093A DE 1542093 C3 DE1542093 C3 DE 1542093C3
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Wolf Dipl.-Ing. Dr.Phil. 5050 Porz Trommsdorff
Herbert Dipl.-Ing. 5050 Porz-Wahn Wiegand
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Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur periodischen Erzeugung kleiner Flüssigkeitströpfchen genau gleicher Größe, wobei ein periodisch gestörter Flüssigkeitsstrahl aus einer Öffnung unter Tröpfchenbildung in ein strömendes Gas eintritt. Entsprechende Aufgabenstellungen ergeben sich beispielsweise bei Untersuchungen von Brennstoffeigenschaften im Verbrennungsprüfstand, bei der Beschickung von Triebwerksbrennräumen hoher spezifischer Brennraumbelastung, insbesondere aber auch bei der Herstellung von pulverförmigen Produkten exakt homogener Korngröße. Die Lösung der Aufgabe, kleine Tröpfchen genau gleicher Größe in zeitlich schneller, genau definierter Folge zu erzeugen und dabei den Durchmesser der Tröpfchen in weitem Bereich in einfacher Weise verändern zu können, ist im Patentanspruch gekennzeichnet.
Es ist bekannt, daß die Oberflächen von Flüssigkeiten aller Art (z. B. öle, geschmolzene Metalle und andere), durch Einwirkung starker Störungen bzw. starker Schwingungen (Ultraschall) in feinste Partikel (Tröpfchen, Nebel) zerlegt werden, können. Die so erzeugten Partikel sind aber in der Größe untereinander verschieden. Es entsteht ein mehr oder minder breites Spektrum von Tröpfchengrößen.
Aus den klassischen Versuchen von R a y 1 e i g h (1877) ist es zwar bekannt, daß ein aus einer entsprechend geformten Düse austretender Flüssigkeitsstrahl durch Aufprägen einer periodisch erzeugten Störung in Tropfen genau gleicher Größe zerlegt werden kann. Im Gegensatz hierzu ist ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung die Tropfenzerlegung in einem strömenden Medium.
In der DT-AS 1157 202 wird beschrieben, daß ein aus einer Düse austretender Flüssigkeitsstrahl in Kügelchen gleichmäßiger Größe zerfallen kann, wenn dem Strahl Druckschwankungen in einem Frequenzbereich von 2 bis 10 Hz aufgeprägt werden. Unter gleichmäßiger Größe wird hier verstanden, daß etwa 90 % der Kügelchen einen bestimmten Durchmesser haben (Toleranzbereich für den Durchmesser etwa + 5 °/o). Bei diesem Verfahren geht es darum, Kügelchen mit einem Durchmesser von einigen Millimeter herzustellen. Als Generator für die Druckschwankungen wird jedoch keine Schallquelle verwendet.
Weiter ist bekannt, das Abtropfen einer Flüssigkeit aus einer in der Bodenplatte des Vorratsgefäßes angebrachten Düse mit einem auf- und abbewegbaren Stab zu steuern (vgl. DT-AS 1 172 237). — Sehr schnelle Tropfenfolgen wie auch kleine Tropfen genau definierter Größe lassen sich damit aber nicht erzielen.
Andere bekannte Verfahren benutzen einen Siebboden für das Vorratsgefäß der zu zertropfenden Flüssigkeit, wobei der Siebboden bzw. das Vorratsgefäß rhythmisch bewegt werden kann, um die Tropfenaufteilung der austretenden Flüssigkeit (Schmelze) zu begünstigen (vgl. DT-PS 863 660 und DT-PS 932 246). Hierbei werden aber keine Tropfen genau gleicher Größe erhalten.
In der GB-PS 813 146 schließlich werden nicht durch Rütteln des Vorratsgefäßes sondern direkt über eine Membran Druckschwankungen auf die Vorratsflüssigkeit übertragen, doch wird auch hier als Generator für die Druckschwankungen keine Schallquelle verwendet.
Genauere Untersuchungen der Erfinder führten zu dem Ergebnis, daß die periodische Störung des Flüssigkeitsstrahls dann durch eine Schallquelle hervorgerufen werden kann, wenn die Flüssigkeit im Schwingungsknoten des Schallrüssels zugeführt, durch eine axiale Bohrung bis zum frei schwingenden Ende des Schallrüssels geleitet wird und dort durch eine Düse austritt.
Ferner wurde festgestellt, daß der Flüssigkeitsstrahl wenige Strahldurchmesser von der Düsenmündung entfernt Einschnürungen zeigt, die weiter zum Zerfall des Strahles in einzelne Partikel führen, die sich unter Einfluß der Oberflächenspannung zu kugeligen oder ellipsoiden Tropfen zusammenziehen. Frequenz der Schallquelle, Flüssigkeitsgeschwindigkeit im Strahl, Stoffeigenschaften der Flüssigkeit und Schallintensität stehen bei diesem Vorgang der Zerlegung in jeweils optimalem Zusammenhang.
Eine zu große Schallintensität zerstört die gleichförmigen Tropfen durch Kavitation.
Der Erfindungsgedanke soll mit Hilfe der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden, wobei hier gleichzeitig eine zweckmäßige Anordnung der Tropfenzerlegungsanlage gemäß der Erfindung im schematischer Darstellung wiedergegeben wird.
Die Schallquelle 1, die die periodische Störung des Flüssigkeitsstrahls hervorruft, erregt in einem Schallrüssel 2 stehende Längsschwingungen, wobei die zu zerteilende Flüssigkeit im Schwingungsknoten des Schallrüssels bei 3 zugeführt wird. Die Flüssigkeit wird durch eine axiale Bohrung bis zum frei schwingenden Ende des Schallrüssels geleitet und tritt dort durch eine Düse 4 aus. Der Flüssigkeitsstrahl 5 zeigt die obenerwähnten Einschnürungen, die zum Zerfall des Strahles in einzelne Partikel führen. Unter dem Einfluß der Oberflächenspannung ziehen sich diese dann zu den kugeligen bzw. ellipsoiden Tropfen 6 zusammen. Die so erzeugten Stoffpartikel sollen konserviert werden. Dazu wird der Flüssigkeitsstrahl mit strömendem Gas (i. a. Luft) in Berührung gebracht. Bei Queranströmung werden die Tropfen so geführt, daß jeder Tropfen frei von dem Strömungsnachlauf des Vorgängers bei seiner ganzen Bewegung nur mit frischem Gas in Berührung kommt.
Dichte, Temperatur und Stoffzusammensetzung sowie Geschwindigkeit des Gasstromes können je nach den vorliegenden Bedingungen beliebig gewählt werden. So kann z.B. durch diese Wahl, wenn gewünscht, eine Konservierung der Tropfen erreicht werden. Ferner kann durch bestimmte Wahl obiger
Größen eine chemische Reaktion der Tropfensubstanz mit dem Gas erreicht werden.
Es kann, falls erforderlich, durch diese Wahl eine Verdampfung der Tropfen erreicht werden, die zur Erzeugung exakt gleich großer Partikel fester, in der Tropfenflüssigkeit gelöst gewesener Substanz führt.
Es kann, wenn gewünscht, auch erreicht werden, daß die Tropfen im Gasstrom durch Abkühlung zu festen Körpern exakt gleicher Größe erstarren.
Die Erfindung bringt gegenüber den bekannten Verfahren und Anordnungen den Vorteil, daß beim Zertropfen eines Flüssigkeitsstrahls nicht nur weitgehend gleichmäßige Tröpfchengrößen erzielt werden, sondern daß die Tröpfchendurchmesser genau gleich sind. Außerdem läßt sich der Tröpfchendurchmesser durch die Frequenz der als Druckschwankungsgenerator verwendeten Schallquelle in relativ weitem Bereich festlegen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    Verfahren zur periodischen Erzeugung kleiner Flüssigkeitströpfchen genau gleicher Größe, wobei ein periodisch gestörter Flüssigkeitsstrahl aus einer Öffnung unter Tröpfchenbildung in ein strömendes Gas eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Störung des Flüssigkeitsstrahls durch eine Schallquelle hervorgerufen wird, wobei die Flüssigkeit im Schwingungsknoten des Schallrüssels zugeführt, durch eine axiale Bohrung bis zum frei schwingenden Ende des Schallrüssels geleitet wird und dort durch eine Düse austritt.
DE19661542093 1966-05-12 1966-05-12 Verfahren zur periodischen Erzeugung kleiner Flüssigkeitströpfchen Expired DE1542093C3 (de)

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DE1542093A1 DE1542093A1 (de) 1971-06-16
DE1542093B2 DE1542093B2 (de) 1974-06-12
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DE1542093A1 (de) 1971-06-16

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