Experimentelle Untersuchung von dispersen Zweiphasenströmungen in vertikalen Rohren mittels ultraschneller Röntgentomographie

Die Dissertation widmet sich der fortgeschrittenen experimentellen Analyse von dispersen Zweiphasenströmungen mittels ultraschneller Röntgentomographie. Hintergrund dieser Arbeit war die Zielsetzung, die Entwicklung und Validierung von Methoden der numerischen Strömungsberechnung (Computational Fluid Dynamics - CFD) durch experimentelle Studien zu unterstützen. Dazu wurden Blasenströmungen in einem Rohr mit einem weiten Bereich von Leerrohrgeschwindigkeiten und verschiedenen Hauptströmungsrichtungen untersucht. Dieses generische, experimentelle Szenario einer sich in einem vertikalen Kanal entwickelnden Zweiphasenströmung stellt einen anerkannten Benchmark-Fall für die numerische Strömungssimulation dar und ist darüber hinaus für viele praktische Anwendungen in der Energie- und Verfahrenstechnik von Bedeutung. Mit Anwendung der ultraschnellen Röntgentomographie war es im Rahmen dieser Arbeit erstmalig möglich, Zweiphasenströmungen in einer bisher nicht erreichbaren Detailtreue bildgebend zu erfassen. Allerdings bedarf es im Rahmen der angestrebten Validierung von numerischen Berechnungswerkzeugen für Zweiphasenströmungen einer möglichst genauen Extraktion quantitativer strömungsmechanischer Parameter. Während die Bestimmung von zeit- bzw. raumintegralen Gasgehaltsverteilungen mit Mittelungsverfahren nach dem Stand von Wissenschaft und Technik verhältnismäßig unkritisch ist, wurde im Rahmen dieser Arbeit der Fokus auf die nur mit der schnellen Röntgentomographie mögliche Bestimmung von Blasengrößen und Blasengeschwindigkeitsverteilungen aus tomographischen Bilddaten gelegt. Dazu wurden neue Bildauswerteverfahren entwickelt, validiert und angewendet