Experimentelle Untersuchung und Modellierung des Viskositätseinflusses auf binäre Tropfenkollisionen

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der experimentellen Untersuchung und Modellierung von Tropfenkollisionen. Hierfür werden zwei monodisperse Tropfenstrahlen gegen einander gerichtet und zur Kollision gebracht. Die Kollisionen werden mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgezeichnet und mittels Bildanalyse ausgewertet. Es werden die Kollisionsergebnisse Koaleszenz, Separation und Bouncing beobachtet. Ein neues Modell, welches den Beginn der dehnenden und reflexiven Separation beschreibt, wurde auf Basis von 30 Modellsubstanzen in Zusammenhang mit dem Einfluss der Viskosität gefunden. Für alle Stoffe konnten drei allgemeine Eigenschaften gefunden, die sich zu einem Kollisionsgesetz zusammenfügen lassen. Dieses Kollisionsgesetz stellt ein abgewandeltes Ordnungsprinzip dar, welches ursprünglich von Naue und Bärwolff gefunden wurde. Weitere Untersuchungsaspekte waren das Eindringen von Tropfen ungleicher Viskosität ineinander und die Untersuchung der Strahleigenschaften.

The present work is dedicated to the experimental investigation and modeling of droplet collisions. For that purpose two monodispers droplet jet are directed towards each other and brought to collision. Collisions are recorded by a high-speed camera and via image analysis evaluated. The collisions result in either coalescence, bouncing or separation. A new model, which describes the onset of stretching and reflexive separation, has been found from 30 model substances concerning viscous effects. For all substances 3 universal properties are discovered and are put into one collision law. This collision law is a modified self-organising principle, which has been found originally by Naue and Bärwolff. Further investigations concentrated on penetration of unlike viscous droplets and droplet jet properties.