Stossstruktur und Relaxation bei stossinduzierter Kondensation in Substanzen hoher molarer spezifischer Waerme

In the present work the possible influence of nucleation on the thickness of a shock tube, is investigated. Therefore, measurements with and without condensation in the mean flow have been performed using an optical method, which utilizes the dependence of the reflexion of light from the shock front on its thickness. Additionally, condensation is monitored by means of scattering and extinction of laser light. As a test gas Perfluoro-n-hexane is used, which, due to its high molar specific heat, exhibits retrograde behaviour. For suitable conditions the gas reaches a supersaturated state within the shock, which gives rise to nucleation. Rotational and vibrational relaxation are very short; they are completed within the shock front. Following calculations presented in the literature, nucleation and subsequent condensation can cause a broadening of the shock. However if the time scale for nucleation is much larger than those to reach thermodynamic equilibrium one can expect a relaxation tail behind the shock. In the range of the experiments depicted here, no influence of nucleation on the shock thickness is observed. Within experimental accuracy all experiments can be described by an approximate continuum model, where the influence of vibrational relaxation is accounted for by introducing a bulk viscosity, which is assumed constant over the experimental range. The observed scattering and extinction of light in experiments with condensation can be explainded by estimation of nucleation and droplet growth. (orig.)In dieser Arbeit wird untersucht, ob die bei Kondensation eines retrograden Gases hinter einem Verdichtungsstoss in der Kernstroemung eines Stossrohres einsetzende Nukleation einen messbaren Einfluss auf die Dicke des Verdichtungsstosses hat. Dazu wird die Dicke von Stosswellen mit und ohne Kernstroemungskondensation mit Hilfe eines optischen Verfahrens bestimmt, das die Abhaengigkeit der Reflexion von Laserlicht an der Stossfront von der Stossdicke ausnutzt. Ferner wird die Kondensation mit Hilfe von Streuung und Extinktion von Laserlicht beobachtet. Als Testfluid wird Perfluor-n-Hexan verwendet, das aufgrund seiner hohen molaren spezifischen Waerme retrogrades Verhalten zeigt. Unter geeigneten Bedingungen ist eine Uebersaettigung des Gases im Stoss moeglich, die Nukleation hervorruft. Rotations- und Schwingungsrelaxation sind sehr kurz; sie werden innerhalb der Stossfront abgeschlossen. Nach Berechnungen in der Literatur ist eine Stossverbreitung durch Nukleation und nachfolgende Tropfenkondensation moeglich. Wenn dagegen die charakteristische Zeit der Nukleation sehr viel groesser waere als die zum Erreichen des thermodynamischen Gleichgewichts, waere ein Relaxationsschwanz hinter dem Stoss zu erwarten. Im Parameterbereich der hier beschriebenen Experimente wurde kein Einfluss der Nukleation auf die Stossdicke beobachtet. Im Rahmen der Messgenauigkeit koennen alle Versuche mit Hilfe eines genaeherten Kontinuumsmodells beschrieben werden, in dem der Einfluss der Schwingungsrelaxation durch eine im Messbereich konstante Volumenzaehigkeit beruecksichtigt wird. Die bei Vorliegen von Kondensation gemessene Lichtextinktion und -streuung kann durch Abschaetzung der Nukleation und des Tropfenwachstums qualitativ richtig beschrieben werden. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: ZA 1982(106) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekDEGerman