interDropCoal
Das Verständnis und die Kontrolle darüber, wie sich Tropfen beim Zusammenprall vermischen, ist für verschiedene biomedizinische und technische Anwendungen wie medizinische Inhalatoren, punktgerichteten Behandlung, Flüssigkeitshandhabung im Weltraum, Kraftstoffeinspritzung, Beschichtungs- und Kühlverfahren von entscheidender Bedeutung. Die Mischung von zwei Tropfen, nachdem sie aufeinandergetroffen sind und sich vereinigt haben, auch koalesziert genannt, ist bislang jedoch noch nicht komplett verstanden. Zur Verbesserung der technischen und biomedizinischen Anwendungen ist dieses Verständnis jedoch von entscheidender Bedeutung. Unser Ziel ist es, den Einfluss verschiedener Flüssigkeitseigenschaften wie Flüssigkeitsdichte, Oberflächenspannung und Aufprallparameter auf das Ergebnis des Mischprozesses zu ermitteln und zu beschreiben. Um den individuellen Einfluss von z.B. Dichte- oder Oberflächenspannungsunterschieden besser zu verstehen, ist es notwendig, die Experimente unter Schwerkraft- und Mikrogravitationsbedingungen durchzuführen.
Die Forschungsarbeit hat dabei zwei Schwerpunkte. Zum einen wird die Wechselwirkung zweier Tropfen vor der Kollision und während der ersten Millisekunden der Vermischung in Laborexperimenten und unter Mikrogravitationsbedingungen während Parabelflugkampagnen im Rahmen des Projekts „interDropCoal“ untersucht. Der zweite Schwerpunkt ist die Untersuchung der lang anhaltenden Vermischung zweier Tropfen in der Schwerelosigkeit an Bord der Internationalen Raumstation ISS im Rahmen des Projekts „Drop Coalescence - ESA-HRE-ESR-DropCoal“, welches vom National Institute for Laser, Plasma and Radiation Physics, Bucharest, Rumänien koordiniert wird.
Das Ziel der aktuellen Versuchskampagne im Rahmen der 42. Parabelflugkampagne des DLR ist die Beobachtung der ersten Millisekunden der Vermischung nach der Kollision. Das Verständnis dieses Vorgangs ist wichtig, um die weitere Mischung der Tropfen verstehen zu können. Dabei werden verschiedene Parameter variiert, um unterschiedliche Effekte unabhängig von Dichteunterschieden beobachten zu können. Dazu gehört der Einfluss des Drucks in den Tropfen auf die Strömung nach der Koaleszenz, der Einfluss der Trägheitskräfte im Rahmen von unterschiedlichen Aufprallgeschwindigkeiten, der Oberflächenspannung der Flüssigkeit und auch der Einfluss des Dampftransports zwischen beiden Tropfen. Experimente im Labor konnten bereits zeigen, dass sich beide Tropfen durch den Dampftransport zwischen beiden Tropfen gegenseitig beeinflussen, bereits bevor sie aufeinandergetroffen sind. Der Dampftransport verändert die lokale Oberflächenspannung des gegenüberliegenden Tropfens und führt so zu einer internen Strömung in den Tropfen. Die Versuche während der 42. Parabelflugkampagne werden zeigen können, ob das Fehlen der Schwerkraft den konvektiven Transport von Dampfphasen und die ersten Millisekunden der Mischung beeinflusst.
Die Ergebnisse aus den Versuchen dienen als Grundlage für die Beschreibung der Vermischung im weiteren Verlauf der Koaleszenz, wie sie im Projekt "Drop Coalescence - ESA-HRE-ESR-DropCoal" untersucht wird.