TP-C4
Beschreibung
In diesem Teilprojekt soll der Tropfenaufprall auf Wände bei hohen Wandtemperaturen und hohen Umgebungsdrücken untersucht werden. Diese Bedingungen findet man in technischen Anwendungen bei Verbrennungsmotoren oder Gasturbinenbrennkammern, wo der Einzeltropfenaufprall ein wichtiger Bestandteil der Spray/Wand Interaktion ist. In der Beschreibung und Modellierung von Sprayaufprall unter diesen extremen Bedingungen ist daher das Verständnis des Tropfenaufpralls ein notwendiger Schritt.
Der Umgebungsdruck hat offensichtlich einen erheblichen Einfluss auf die Verdampfungsgeschwindigkeit und Sättigungstemperatur eines einfallenden Tropfens. Er kann die Leidenfrost-Temperatur beeinflussen sowie die Beschleunigung des Tropfens senkrecht zur Wand und dadurch die Parameter des Sekundärtropfenzerfalls. Bis heute existiert in der Literatur noch keine systematische oder umfassende Beschreibung des Druckeinflusses auf den Tropfenaufprall.
In diesem Teilprojekt sind Experimente vorgesehen, in denen Einzeltropfen mit Hilfe eines Tropfengenerators innerhalb einer Druckkammer erzeugt werden. Die Tropfen fallen unter Schwerkraft auf ein beheiztes Ziel. Dieser Vorgang soll mit einem Hochgeschwindigkeits- Visualisierungssystem aufgenommen werden. Gleichzeitig wird die Dicke der Dampfschicht zwischen Aufprallplatte und Tropfen mit Hilfe eines Fernfeld-Mikroskops gemessen. Diese hochauflösende Visualisierung ist auch für die Messung von Kontaktwinkeln geeignet, falls ein Kontakt zwischen Tropfen und Wand statt findet. Die entstehenden Sekundärtropfen sollen außerdem unter Zuhilfenahme entweder eines Phasen-Dopplers oder eines Interferometric-Particle-Imaging (IPI) Messgerätes erfasst werden.
Der Fokus des experimentellen Teils der Untersuchungen liegt auf der Auswirkung des Umgebungsdruckes (sowie auch auf einigen anderen Faktoren wie Aufprallparameter, Eigenschaften der Flüssigkeit und das Ziel, usw..), auf Zerfallgrenze, Leidenfrost-Temperatur, dynamische Kontaktwinkel, Ergebnisse des Tropfenaufpralls und die Parameter des Sekundärsprays.
Der theoretische Teil der Studie befasst sich mit einer analytischen Beschreibung der Strömung, innerhalb der sich ausbreitenden Tropfen und in der Dampfschicht sowie einer Beschreibung der Stabilität dieser Schicht. Diese Analyse erlaubt eine Bestimmung der zu erwartenden Sekundärtropfengröße und -geschwindigkeit. Das langfristige Ziel des Projektes ist es, ein komplettes analytisches Model des Tropfenaufpralls unter extremen Druckbedingungen und unter Berücksichtigung eines Phasenwechsels zu entwickeln, einschließlich einer analytischen Beschreibung der Tropfenvereisung, Tropfenverbreitung im elektrischen Feld und auch mit dynamischem Kontaktwinkel. Das entwickelte Model wird in einen numerischen Code implementiert. Daher ist das Teilprojekt mit mehreren Teilprojekten des SFB-TRR 75 eng vernetzt.
Publikationen
2021
Schmidt, J. Benedikt, Breitenbach, Jan, Roisman, Ilia V., Tropea, Cameron, Hussong, Jeanette:
Transition from drop deposition to drop rebound during drop chain impact onto a hot target.
Proc. of 15th Triennial International Conference on Liquid Atomization and Spray Systems – ICLASS 2021, Edinburgh, UK, 29 Aug. - 2 Sept. 2021
DOI: 10.2218/iclass.2021.5892
Schmidt, J. Benedikt, Hofmann, Julian, Tenzer, Fabian M., Breitenbach, Jan, Tropea, Cameron, Roisman, Ilia V.:
Thermosuperrepellency of a hot substrate caused by vapour percolation.
Communications Physics, 4 (1), S. 181. Nature Research, ISSN 2399-3650, (2021)
DOI: 10.1038/s42005-021-00680-7
Piskunova, M., Breitenbach, J., Schmidt, J. B., Strizhaka, P., Tropea, C., Roisman, I. V.:
Secondary atomization of water-in-oil emulsion drops impinging on a heated surface in the film boiling regime.
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2020
Schmidt, J.B., Breitenbach, J., Roisman, I.V., Tropea, C.:
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2019
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Magic carpet breakup of a drop impacting onto a heated surface in a depressurized environment.
Int. J. Heat Mass Transf. 145: 118729 (2019)
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Schmidt, J.B., Breitenbach, J., Roisman, I.V., Tropea, C.:
Heat flux and temperature measurement in a dry, hot solid substrate wetted by an impacting drop.
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Thermal atomisation of a liquid drop after impact onto a hot substrate.
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Breitenbach, J., Roisman, I.V. and Tropea, C.:
Thermal atomization of an impacting drop onto a hot substrate: Characterization of secondary droplets.
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Experimentelle Untersuchung der Eigenschaften von Sekundärtropfen beim Aufprall eines Tropfen auf eine beheizte Oberfläche.
Technische Universität Darmstadt, Masterarbeit, (2017).
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Drop impact onto a hot, dry solid substrate: heat transfer during nucleate boiling.
9th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, Iguazu Falls, Brazil, June, (2017).
Breitenbach, J., Roisman, I.V., and Tropea, C:
Water drop impact onto a hot surface: heat transfer in the nucleate boiling regime.
29th Annual Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, ILASS-Americas, Atlanta, USA, May, (2017)
Schremb, M., Borchert, S., Berberovic, E., Jakirlica, S., Roisman, Ilia V., and Tropea, C.:
Computational modelling of flow and conjugate heat transfer of a drop impacting onto cold wall.
Int. J. Heat Mass Transf. 109: 971-980, (2017).
http://dx.doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.02.073
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Heat transfer in the film boiling regime: Single drop impact and spray cooling.
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Batzdorf, S., Breitenbach, J., Schlawitschek, C., Roisman, I. V., Tropea, C., Stephan, P., and Gambaryan-Roisman, T.:
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2016
Breitenbach, J., Roisman, I.V., and Tropea, C:
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Reitter, L.:
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Breitenbach, J., Roisman, I.V., Tropea, C:
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2014
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2013
Dawi A. H., Buchmüller, I, Herbert S., Roisman, I. V., Gambaryan-Roisman, T., Stephan, P. Tropea, C.
Investigation of drop impact onto heated surfaces under high ambient pressure
25th European Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Chania Crete, Greece (2013)
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Collision of droplets: experimental, analytical and numerical approach
25th European Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Chania Crete, Greece (2013)
2012
Buchmüller, I.; Roisman, I. V.; Tropea, C.
Influence of Elevated Pressure on Impingement of a Droplet Upon a Hot Surface.
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Schäfer, T.
Experimentelle Untersuchung des Leidenfrost-Effektes beim Aufprall von Einzeltropfen auf heiße Oberflächen unter erhöhtem Umgebungsdruck.
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Weickgenannt, C. M.; Zhang, Y.; Lembach, A. N.; Roisman, I. V.; Gambaryan-Roisman, T.; Tropea, C.
Non-Isothermal drop impact and evaporation on polymer nanofiber mats.
Phys. Rev. E, 2011
Weickgenannt, C. M.; Zhang, Y.; Sinha-Ray, S.; Roisman, I. V.; Gambaryan-Roisman, T.; Tropea, C.
Inverse-Leidenfrost phenomenon on nanofiber mats on hot surfaces.
Phys. Rev. E, 2011
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Numerical investigation of impacting water drops in air cross-flow
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Roisman, I. V.
Fast forced film spreading on a substrate: flow, heat transfer and phase transition
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Roisman, I. V., Horvat, K., Tropea, C.:
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