Theoretische und experimentelle Untersuchung der Kondensationszone in einer Überschallströmung

In der vorliegenden Arbeit wurde der Vorgang der homo- genen Kondensation mit anschließendem Wachstum der ent- standenen Keime theoretisch und experimentell untersucht. Dazu wurde in einer Überschalldüsenströmung eines Gas= Dampf-Gemisches mit hohem Dampfmassenanteil die durch die Kondensation hervorgerufene Änderung des Dichtegradienten und der Verlauf der an den Tropfen gestreuten Laserlicht- intensität experimentell bestimmt.

Durch die Aufstellung eines gekoppelten Differentialglei- chungssystems, das die Strömungsgleichungen mit den. Kon- densationsgleichungen verknüpft, ist es möglich, nur unter Vorgabe der Dilsenkontur und den Anfangszuständen der Dti- senströmung den Verlauf der experimentell bestimmten Ver- g1eichsgrö8en zu berechnen. Durch den Charakter der Ver- gleichsgröBen - das gilt besonders für den Dichtegradien- ten, der ja ein Differentialquotient ist - besteht hier zum ersten Male die Möglichkeit, das eigentliche Problem - die Geschwindigkeit, mit der der Kondensationsvorqang ab- läuft - experimentell zu erfassen und mit der bestehenden Theorie zu vergleichen.

Der Verlauf der Vergleichsgrößen wurde mit unterschied- lichen Ansätzen hinsichtlich der Keimbildung und des Wachs- tums berechnet. Dabei zeigte ein Verqleich mit den MeBer- gebnissen, daB die beste Übereinstimmung zwischen Experi- ment und Theorie unter Einbeziehung eines Korrekturfaktors zu erzielen war, wenn die klassische Keimbildungstheorie /59/ vereint mit der "non isothermal theory" nach FEDER /15/ und ein Wachstumsgesetz, das auf dem Ansatz von GYARMATHY /20/ beruht, aber die Tropfentemperatur getrennt berück- sichtigt, zu Grunde geleqt wurde. Zur optimalen Anpassung muBte allerdings der Korrekturfaktor für jeden Anfangszu- stand getrennt empirisch bestimmt werden.

Durch die Betrachtung, die den gesamten Verlauf der für den KondensationsprozeB charakteristischen GröBen einbe- zieht, lassen sich aber trotz der optimalen Anpassunq Ab- weichungen zwischen den experimentell und theoretisch er- mittelten Ergebnissen feststellen, die der bisherigen Be- trachtungsweise verborgen bleiben.

Da diese Abweichungen mit der bestehenden Theorie nicht erklärt werden können, wird aus der Tendenz, die Ver- gleichsrechnungen mit unterschiedlichen Bedingungen zeigen, auf die Gründe geschlossen, die für die festgestellte Dif- ferenz verantwortlich sein können.