Institut für Bio- und LebensmitteltechnikLebensmittelverfahrenstechnik

Untersuchung des Tropfenaufbruchs in einer Strömung mit auftretender Kavitation während der Hochdruckhomogenisation

Abbildung 1: Schematische Darstellung des Tropfenaufbruchs in einer Blende mit auftretender Kavitation.

Hintergrund:

Das Verfahren der Hochdruckhomogenisation ist eine weit verbreitete Technologie zur Herstellung und Zerkleinerung von Emulsionen. Dabei wird eine Rohemulsion mittels einer Hochdruckpumpe auf 100-1000 bar verdichtet und durch eine Düse entspannt. In der Düse bildet sich ein komplexes Strömungsfeld mit laminaren, turbulenten und Kavitationsbereichen. Die daraus resultierenden Spannungen deformierten die Tropfen und führen nachfolgend zum Tropfenaufbruch.

Dieses Verfahren wird seit vielen Jahrzehnten beispielsweise beim Homogenisieren von Milch und bei der Herstellung von Cremes, Lotions sowie pharmazeutischen Formulierungen eingesetzt. Dennoch sind die Strömungszustände und Mechanismen, welche in der Hochdruckblende zum Tropfenaufbruch führen, nicht komplett beschrieben. Besonders der Einfluss von Kavitation auf den Tropfenaufbruch ist in der Literatur kontrovers diskutiert.

Über das Anfärben der Tropfen in der Emulsion mit einem Fluoreszenzfarbstoff kann die Tropfendeformation im Prozess mithilfe einer Highspeed Kamera und einem Laser visualisiert werden und so der Zusammenhang zwischen den Prozessparametern und der Tropfendeformation hergestellt werden.


Deine Aufgabe:

Im Rahmen der Arbeit sollst Du den Tropfenaufbruch in einer Lochblende bei Strömungsbedingungen mit auftretender Kavitation untersuchen. Hierbei sollen die auftretenden Tropfenaufbruchsmechanismen in Abhängigkeit des Kavitationsmusters identifiziert werden und mit bekannten Mechanismen aus turbulenten Strömungen verglichen werden.
In dieser Arbeit hast Du die Möglichkeit, Dein Fachwissen über Zerkleinerungsprozesse und Mehrphasenströmungen auszubauen sowie die Grundzüge wissenschaftlichen Arbeitens an einem spezifischen Anwendungsproblem zu erlernen. Versuchstechnisches Geschick und Kreativität in der Entwicklung von Messvorschriften bzw. –verfahren für innovative Versuchsaufbauten sind gefragt.

Wenn Dein Interesse geweckt ist und Du Lust auf das oben genannte Thema hast, melde dich einfach bei mir per Mail (felix preissOpg0∂kit edu). Wir können dann im Detail besprechen, wie Deine Abschlussarbeit aussehen könnte und wo Du Deinen persönlichen Schwerpunkt setzen möchtest.