Bashir Gebril Hussein

Einfluss niederfrequenter Fluidresonanzschwingungen auf den Stoffaustausch in Blasensäulen im System Wasser - Luft

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktor-Ingenieur (Dr.-Ing.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 29.01.2004

Abstract
In der vorliegenden Arbeit wurden die Versuche in Blasensäulen im System Wasser- Luft ohne und mit Resonanzschwingungen durchgeführt.
Ziel der Arbeit ist die Ermittlung des Einflusses von niederfrequenten Resonanzschwingungen auf:
* den volumenbezogenen Stoffübergangskoeffizienten kLa
* den integralen Gasgehalt G
* Blasenbewegung, Blasengröße und Blasenanzahlen
Die ersten Untersuchungen galten der Ermittlung der Resonanzschwingungsbereiche sowie ihre Abhängigkeit von der Wasserhöhe und dem integralen Gasgehalt G. Die Untersuchungen wurden mit Wasserhöhen von 1,5 bis 4,5 Meter und einem integralen Gasgehalt G von ca. 5% bis 20% durchgeführt. Dabei wurden die experimentell ermittelten und die theoretisch berechneten Resonanzfrequenzen bei isothermen und isentropen Zustandsänderungen im Inneren der Gasblasen berücksichtigt.
Zur Bestimmung des volumenbezogenen Stoffübergangskoeffizienten kLa wurde die dynamische Messmethode angewendet, wobei die Gelöst - Sauerstoffkonzentration in der Flüssigphase mit Hilfe einer schnell arbeitenden Sauerstoff - Elektrode gemessen wurde.
Zur Bestimmung des Einflusses der niederfrequenten Resonanzschwingungen auf Blasenbewegung und Blasengröße wurde die fotografische Methode verwendet.

In this work the absorption of oxygen from air into tap water with and without pulsation by bubble column has been investigated.
The principal investigation was directed to measure the mass transfer coefficient kLa in bubble column. The goal was to find out if the low frequency pulsation in resonance case would increase the magnitude of the mass transfer coefficient kLa in gas/liquid system as soon as the gas volume content and to find the change in Bubble column and bubble size during the low frequency pulsation in resonance case.
The first investigations dealt with the measurement of resonance frequency range and its dependence on water height and the gas volume content. The height of water in the columns and the total gas volume content varied from 1.5 m to 4.5 m and 5% to 20% respectively.
The mass transfer coefficient kLa was measured by the unsteady state dynamic method, in the dynamic method nitrogen gas was introduced first into water until the dissolved oxygen concentration was zero. The later was measured by means of an oxygen electrode. The measurements were made both with and without pulsation. To measured the bubble size with and without pulsation at resonance frequency, the photographic method was used.

Keywords:
Blasen, Blasensäulen, Schwingungen, Resonanzfrequenz

Bubbles, Bubble column, pulsation , resonance frequency

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Inhaltsverzeichnis (I-II, 1-3)
1. Einleitung und Aufgabenstellung (4-5)
2 Theoretische Grundlagen (6-23)
3 Theoretische Untersuchungen von Resonanzschwingungen (24-34)
4. Experimentelle Untersuchungen (35-51)
5 Auswertung der Versuchsergebnisse (52-65)
6. Ergebnisse und Diskussion (65-85)
7 Zusammenfassung und Ausblick / Summary (86-89)
8 Symbolverzeichnis (90-93)
9 Literaturverzeichnis (94-106)