Experimentelle und numerische Untersuchung der hydraulischen Leitfähigkeit von Flüssigkeitsfilmen bei der Trocknung poröser Netzwerk

Bei der Trocknung poröser Medien, aber auch in anderen verfahrenstechnischen Anwendungen, in welchen mindestens zwei Phasen (Gas und Flüssigkeit) gleichzeitig durch den porösen Feststoff transportiert werden, können hydraulisch leitfähige Flüssigkeitsfilme auftreten. Die Flüssigkeitsfilme bilden sich entlang der Feststoffoberfläche aus, wenn sich die Flüssigkeit aus den Poren zurückzieht. Sie können Durchmesser von mehreren Mikrometern erreichen und sich über eine Distanz von mehreren Porenreihen erstrecken. Flüssigkeitsfilme können damit einen erheblichen Beitrag zum Stofftransport leisten und z.B. zu einer Verkürzung der Gesamttrocknungsdauer beitragen. Das Ziel dieses Projektes war es daher, den Transport von Wasser bei Auftreten von Flüssigkeitsfilmen während der Trocknung von Porennetzwerken zu untersuchen.
Flüssigkeitsfilme tragen vor allem deswegen zu einer Verkürzung der Trocknungszeit bei, weil sie die Flüssigkeitsleitfähigkeit an die Trocknungsfront über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten können. Die Gesamtsättigung kann daher bei konstanter Trocknungsfrontposition und Trocknungsgeschwindigkeit um einen erheblichen Anteil reduziert werden. Die Tortuosität der Flüssigkeitsfilme im 2D-Netzwerk führt zu Abweichungen im Vergleich zu den Vorhersagen der in der Literatur beschriebenen Einzelkapillaren. Der Vergleich der gefundenen Ergebnisse mit Literaturdaten zeigt, dass sowohl Gravitation als auch die Berücksichtigung der Netzwerkgeometrie (2D, 3D) für zukünftige Betrachtungen erforderlich ist. Die Parametrierung des Porennetzwerkmodelles kann dabei unter Zuhilfenahme von Lattice-Boltzmann-Simulation erfolgen.

Experimental and numerical investigation of the hydraulic conductivity of liquid films during the drying of porous networks

Hydraulically conductive liquid films can occur during the drying of porous media, but also in other process engineering applications in which at least two phases (gas and liquid) are transported simultaneously through the porous solid. The liquid films form along the solid surface when the liquid withdraws from the pores. They can reach diameters of several micrometers and extend over a distance of several pore rows. Liquid films can thus make a significant contribution to mass transport and, for example, help to shorten the overall drying time. The aim of this project was therefore to investigate the transport of water when liquid films occur during the drying of pore networks.

Liquid films contribute to a reduction in drying time primarily because they can maintain liquid conductivity at the drying front over a longer period of time. Total saturation can therefore be reduced significantly at a constant drying front position and drying speed. The tortuosity of the liquid films in the 2D network leads to deviations from the predictions of the individual capillaries described in the literature. A comparison of the results found with literature data shows that both gravity and the consideration of network geometry (2D, 3D) are necessary for future considerations. The parameterization of the pore network model can be carried out with the aid of Lattice Boltzmann simulation.