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Partikelströmungen

Die Partikelströmung wird im allgemeinen technischen Sprachgebrauch vielfach als eigenständige Anwendung oder Disziplin im Bereich der Strömungssimulation begriffen. Genau genommen trifft dies aber nicht zu, denn auch die Partikelströmung zählt zu den Zwei- bzw. Mehrphasenströmungen. Modelliert wird sie meist nach der Euler-Lagrange-Methode.

Mit der Euler-Lagrange-Methode können dispersive Strömungen mit Schlupf, d.h. unterschiedlichen Geschwindigkeiten zwischen den Phasen, und einer inhomogenen Partikel-, Blasen oder Tropfenverteilung betrachtet werden. Die Methode ist nicht geeignet für Mehrphasenströmungen von nichtmischbaren Flüssigkeiten oder bei nicht vernachlässigbarem Volumenanteil der zweiten Phase, ca. ab 10%. Der Massenanteil der dispersiven Phase darf hingegen grösser sein als derjenige der kontinuierlichen.

Wie bei der Einphasenströmung erfolgt die mathematische Beschreibung der kontinuierlichen Phase mit der Euler-Methode. Diese Formulierung für die strömungsmechanischen und thermodynamischen Zustandsgrössen basiert dabei auf einem ortsfesten Kontrollvolumen. Die Lagrange-Methode zur Beschreibung der dispersiven Phase beruht hingegen auf einem mitströmenden Kontrollvolumen. Die Partikel werden sozusagen durch das Strömungsfeld begleitet. Mathematisch entspricht dies einer vektoriellen Beschreibung.

Die Phasen können Impuls, Moment und Energie austauschen. Je nach Stärke der Wechselwirkung muss die Kopplung uni- oder bidirektional berücksichtigt werden. Im letzteren Fall beeinflussen also die Partikel auch die Strömung der kontinuierlichen Phase.

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